Чому золото має жовтий колір: відповідь може виявитися несподіваною

Хоча для людей золото є цінним металом, для вчених як хімічний елемент воно не дуже цікаве. Золото є інертним металом і погано взаємодіє з хімічними сполуками та іншими елементами. Люди в будь-якому випадку люблять цей рідкісний метал, що робить його ідеальним для використання в якості валюти, а його унікальний колір робить його привабливим для виготовлення ювелірних виробів. Але що надає золоту блискучого жовтого кольору? Виявляється, щоб відповісти на це питання, потрібно трохи квантової механіки і трохи теорії відносності Ейнштейна, пише IFLScience.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Ядра атомів хімічних елементів складаються з протонів і нейтронів, а оточують це ядро електрони. Існує такий розділ науки, як релятивістська квантова хімія, яка використовує поняття квантової механіки та теорії відносності Ейнштейна для пояснення властивостей атомів. Зокрема, тих атомів, у яких електрони мають швидкість руху близьку до швидкості світла, тобто релятивістську швидкість. Атоми золота саме такі.

Релятивістські ефекти електронів мають величезне значення для властивостей атомів важких хімічних елементів, яким є, зокрема, і золото.

Ядро атома золота складається з 79 протонів і оточене електронами на зовнішній електронній оболонці. Водночас ще один цінний метал, срібло має в ядрі атома 47 протонів і також електрони на зовнішній оболонці. Тож обидва елементи мають мати схожі властивості, але срібло набагато краще вступає в реакцію з іншими хімічними сполуками та елементами. І причина якраз криється в релятивістському ефекті електронів.

Через те, що в ядрі атома золота міститься багато позитивно заряджених протонів, негативно заряджені електрони на внутрішніх оболонках притягуються набагато ближче до ядра, ніж у сріблі. Перебуваючи так близько електрони обертаються навколо ядра зі швидкістю, що перевищує половину швидкості світла. Таким чином виникає релятивістський ефект, і він особливо великий у золота.

У той час як електрони обертаються з релятивістською швидкістю і набувають ефективної релятивістської маси, дві найзовнішніші електронні оболонки, які також притягуються до ядра атома золота, розташовані трохи ближче одна до одної в результаті релятивістського стиснення. Це означає, що потрібно трохи менше енергії під час зіткнення з частинками світла, тобто фотонами, щоб змусити електрон перейти в стан із вищою енергією.

В атомі срібла енергія, необхідна для цього переходу, знаходиться в ультрафіолетовому діапазоні світла, тобто видиме світло не поглинається під час переходу з одного стану в інший, а відбивається. Таким чином срібло отримує характерний сріблястий колір.

Але в атомі золота енергія, необхідна для переходу електрона в стан із вищою енергією, знаходиться у видимому синьому світлі. Воно поглинається, але інша частина видимих довжин хвиль світла відбивається назад, до того ж червоні та зелені кольори об'єднуються, щоб створити блискучий жовтий колір золота. Тобто золото має такий колір, тому що людське око сприймає дані довжини хвиль світла саме в такому кольорі.

Як уже писав Фокус, астрономи виявили більше прихованих чорних дір у Всесвіті, ніж очікувалося. Якщо нові спостереження підтвердяться, то доведеться змінювати теоретичні моделі еволюції галактик.

Також Фокус писав про те, що тепер можна послухати, як звучать спалахи на Сонці. Вчені озвучили дані, отримані під час вивчення вивержень на нашій зірці.

Ще Фокус писав про те, що фізики наблизилися до виявлення абсолютно нового стану матерії, коли вперше заморозили атоми індію майже до абсолютного нуля.