Dlaczego złoto jest złote? To względne
Wyjątkowy blask złota wynika z intrygującej zależności pomiędzy mechaniką kwantową a teorią względności Einsteina.
Charakterystyczny wygląd i wartość złota wynika nie tylko z jego rzadkości i niereaktywności. Swoją wyjątkową barwę, docenianą od wieków, zawdzięcza swe istnienie intrygującemu współdziałaniu mechaniki kwantowej i Teoria względności Einsteina.
Jako pierwiastek złoto (Au) jest stosunkowo niereaktywne, podobnie jak jego sąsiad w układzie okresowym, srebro (Ag). Obydwa metale mają pojedynczy elektron na swojej zewnętrznej powłoce, ale ich reaktywność i kolor znacznie się różnią.
Srebro odbija całe światło widzialne, nadając mu błyszczący, srebrzysty wygląd. Złoto natomiast pochłania światło niebieskie, a resztę odbija, nadając mu charakterystyczny złotożółty kolor. Ta rozbieżność intrygowała naukowców przez lata, aż wyłonił się kluczowy pomysł: efekty relatywistyczne.
Jądro złota zawierające 79 protonów wywiera silny ładunek dodatni, który przyciąga jego elektrony bliżej siebie. Elektrony na najbardziej wewnętrznych powłokach krążą wokół jądra z prędkością większą niż połowa prędkości światła, aby uniknąć zderzenia z jądrem. Przy tak relatywistycznych prędkościach elektrony te zyskują masę efektywną i są przyciągane jeszcze bliżej jądra, ściskając strukturę atomu.
Ta kompresja wpływa na najbardziej zewnętrzne elektrony w złocie, zwłaszcza na dwie najbardziej zewnętrzne powłoki. Bliskość między tymi warstwami zmniejsza energię potrzebną do przeniesienia elektronu do wyższego stanu energetycznego pod wpływem fotonów światła.
W przypadku srebra ten próg energii mieści się w widmie ultrafioletowym, co oznacza, że światło widzialne nie jest pochłaniane, a metal odbija jednolity srebrny odcień. W przypadku złota próg mieści się w niebieskim obszarze widma widzialnego, umożliwiając absorpcję światła niebieskiego przy jednoczesnym odbijaniu czerwieni i zieleni.. Połączenie tych odbitych kolorów daje ciepły blask charakterystyczny dla złota.
„W historii chemii wiele uwagi poświęcano chemicznej różnicy między srebrem a złotem” – wyjaśnia artykuł na ten temat z 1978 r., w którym wskazuje się na ten efekt relatywistyczny, cytując:
Zjawisko relatywistyczne wyjaśnia nie tylko wygląd złota, ale także jego wyjątkowość stabilność. To samo skurczenie się powłok elektronowych powoduje powstanie złota mniej reaktywny niż srebrodlatego materiał ten jest wykorzystywany w walucie, elektronice i biżuterii.