金子为什么是金色，而不是普通金属的银色？

你可能会想：“这个问题应该不难吧，我书读的少，也参加过高考，虽然它不考。但科学史上应该很早就能解释了吧？高中生也可以理解吧？”

你太幼稚了！黄金那美丽而吸引人的颜色一直到 20 世纪 70 年代才得到合理的解释。

【金为什么是黄色的，这也是一个问题吗？】

一直以来，在大多数人的脑海里，量子力学的神秘存在于微观世界，而相对论里的神奇效应需要在宇宙尺度或者亚光速的情形下才能得到体现。

在玻尔的氢原子模型里，氢核的核电荷较小，根据公式计算，1s 轨道电子绕核旋转的速度大约为 2000 公里 / 秒，远远低于光速，确实无需考虑相对论效应。

而在重元素的原子内，由于核电荷数很高，内层电子受到原子核强烈的电磁力吸引，必须加速到接近光速才能留在它的轨道，比如，金原子里，1s 电子的运动速度达到了光速的 65%。在如此高的速度下，电子的质量将由于非常明显的相对论效应而增大，因而引起电子轨道收缩，更加靠近原子核。这又导致较外层的 6s 轨道也发生收缩，就这样，金的 6s 轨道更加靠近内侧的 5d 轨道，两者之间的能带间隙仅有 1.9 电子伏特。

这个数字意味着什么呢？我们可以用金的弟弟——上一周期的银作个对比，银的 4d 轨道和 5s 轨道之间的能带间隙高达 4.8 电子伏特。

【黄金和白银身为兄弟，为啥颜色相差如此之大？】

我们能看到的可见光仅仅是电磁波谱里的一小部分，波长分布在 390nm-770nm。如果我们看到的物质吸收所有的可见光，那我们将看到它体现出黑色；如果它吸收掉一部分可见光，那我们将看到它的互补色；而如果一种金属不吸收可见光而是吸收红外线或者紫外线，由于金属中充满了自由电子，它将发射出金属的银白色。

好了，通过计算，银的 4d 和 5s 轨道之间的能带间隙——4.8 电子伏特对应于紫外区域的光线，而金的 5d 和 6s 轨道之间的能带间隙——1.9 电子伏特恰好对应于可见光中的蓝色区域，蓝色的互补色是黄色，所以金体现出亮闪闪的金黄色。

经过了一系列相对论 + 量子力学，学过高中物理的你终于懂了吗？

【将金（Au）和银（Ag）、铝（Al）在一起做反射曲线的对比，可以看到，在 500nm 以下的蓝紫色光，金反射较少。而铝和银几乎反射所有的可见光，因而体现出银白色。】

原稿在此：

鲁超：【元素家族 - 连载 212】黄金为什么是金黄色？

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