Miért sárga az arany?

Helló,

a kérdésed nagyon jó, csak nagyon nehéz megválaszolni.

Az anyagok színét (feltéve, hogy egyenletes fehér fénnyel világítjuk meg) az határozza meg, hogy milyen fénykomponenseket nyel el és milyent ver vissza (vagy enged át magán, esetleg állít elő saját maga).

Azt, hogy milyen fényt nyel el, az anyagot felépítő atomok/molekulák elektronszerkezete határozza meg. Például a jód tiszta állapotában az elektronszerkezet nagyon erősen elnyeli a kékes sugarakat és viszonylag erősen elnyeli a többit is. Így látunk barna színt. Ha viszont keményítő oldatba cseppentünk jód-tinktúrát, akkor a jód molekulák "bekúsznak" a keményítő molekulák spiráljába, ami viszont eltorzítja az elektronszerkezetüket és emiatt már a kék fényt verik vissza erősen és a többit nyelik el.

Az arany szintén sok fényt elnyel és a sárga fénysugarakat veri főleg vissza (meg az infravöröset is egyébként). És hogy miért éppen ezeket a fénysugarakat verik vissza az elektronszerkezetek és miért éppen a többit nyelik el? Ez egy olyan kérdés, amivel a fizika kvantummechanika ága foglalkozik. Sajnos még annyira keveset tudunk ezen a téren, hogy nem tudjuk pontosan megmondani miért. Vannak már egészen jó elméleteik a tudósoknak, amikkel már végeztek néhány számítást, de a tudósok már annak is örülnek, ha a számítások és a mérési eredmények egy nagyságrendbe esnek. Az még nagyon távol van, hogy ez alapján megjósolják anyagok viselkedését. Pedig nagyon jó lenne.

Neked pedig ne vegye el a kedved, hogy ha olyan válaszokat kapsz mint az eddig beküldöttek. Sajnos nem a legokosabb emberek a leghangosabbak. Igenis nagyon jó és hasznos a kérdésed. Szent-györgyi Albert annak idején azt a kérdést tette fel magának, hogy miért barnul meg néhány gyümölcs, ha megkarcolják, más gyümölcsök meg miért nem. Felfedezte a C-vitamint és Nobel díjat kapott.

Ha te továbbtanulsz és pontosan megválaszolod azt a kérdést, hogy miért sárga az arany, te is Nobel-díjat fogsz kapni. Ugyanis innen már csak egy lépés a nagyobb szilárdságú, jobb paraméterű anyagok tudatos tervezése, sőt, akár a szobahőmérsékletű szupravezető anyag megalkotása is.

Miért sárga az arany, amikor a legtöbb fém ezüst-fehér, vagy ezüst-szürke?

Egyetértve az előttem hozzászólóval, aki nagy vonalakban a választ is megadta, valóban nagyon jó a kérdés.

Az elején több szamárság is elhangzott, de a kérdésnek igenis van értelme egyrészt, másrészt a fémipari gyártástechnológus megtanulhatná, hogy néhány kivételtől eltekintve a fémek többsége ezüstös színű. A következő linken a fémekre kattintva fényképek is vannak, meg lehet győződni erről…

[link]

A kérdéshez az is hozzátartozik, hogy a tudomány elsősorban a hogyan-nal és nem a miért-tel foglalkozik. (Hogyan fotoszintetizál a klorofill, hogyan működik az atomreaktor?) Természetesen a hogyanok kutatása közben sok miért is megválaszolódik.

Egy miért kérdésre tehát többféle választ lehetne adni:

1. A tudomány mai állása szerint nem tudjuk a kérdésre a választ…

2. vagy már ismerjük a kérdésre a választ, a válasz pedig a következő...

Persze ehhez alapos tudás kell, naprakész tájékozottság szükséges az adott témában.

De azt semmiképpen nem lehet válaszolni, hogy a kérdésnek nincs értelme, így van és punktum… ez az ősember magyarázata – jelenleg azonban a XXI. században tartunk. Persze azt is lehetne írni, hogy a választ az illető maga nem ismeri, de akkor meg kár megszólalni…

A te kérdésedre a válasz ismert: az arany színe annak köszönhető, hogy megvilágítás hatására az 5d elektronok a 6s szintre, pontosabban a Fermi-szintre gerjesztődnek, amely a vezetési sáv tetején helyezkedik el. Ez az elnyelés a kék tartományban van, ezért a visszaverődő fény sárgának látszik.

Hogy az 5d elektronok gerjesztése miért éppen a kék tartományban történik - ellentétben a többi fémmel – ennek magyarázata kicsit részletesebb leírást igényel, ez a magyarázat jelentősen leegyszerűsítve a következő:

a kvantummechanika és a relativitáselmélet szintézisét Dirac teremtette meg. Ő mutatta ki, hogy a spin–pálya csatolás relativisztikus hatás, minden elektronnak impulzusmomentuma van és nincs különbség a "pálya" és a "spin" impulzusmomentum között. Az impulzusmomentum kvantumszám egyetlen mennyiséget jelöl. Az s pályát s(1/2) jellemzi.

Végső soron három relativisztikus hatásról beszélhetünk:

- az s(1/2) és a p(1/2) pálya jelentősen, a p(3/2) kisebb mértékben húzódik össze;

- ennek hatására a d és f pályák – az s és p pályákhoz képest – kiterjednek;

- a spin–pálya csatolás a p, d és f pályaenergiák relativisztikus felhasadása nagy.

Ezeknek a hatásoknak az összessége igen fontossá válik az arany (és a higany) esetében, mert az 5d(5/2) és a 6s(1/2) pályák közötti energiakülönbséget csökkenti.

A zárójel bezárva is hozzátartozik a linkhez!

[link]