揭秘金属颜色之谜：为什么没有金属是绿色或蓝色的？

揭秘金属颜色之谜：为什么没有金属是绿色或蓝色的？

铜是橙色；金是黄色；银、铂和铅是白色（从色彩上来说）。为什么没有蓝色或绿色的金属？为什么冷金属的颜色与加热材料的颜色顺序大致相同，即红-橙-黄-白？我理解为什么热材料遵循该顺序；但不明白为什么金属似乎遵循相同的顺序。

绿色和蓝色金属的存在

对于镜框挑战，实际上有绿色和蓝色的金属。对于绿色金属，银和金的合金有时也被称为“绿金”，其颜色被描述为绿黄色或绿黄色。

图片来源：

有一种蓝色金属是锇。在照片上，你可以清楚地看到锇的蓝色，与硬币的纯银色形成鲜明对比。

来源：luciteria.com

金属颜色的物理原理

需要考虑的因素有很多，但一般来说，有些金属是冷色调的。就是蓝色金属的一个例子。它的亮度比颜色更容易辨认，但我认为这是金属的固有特性，金属具有良好的反射性 ，这是由于金属的金属特性。

请注意，最初的问题相当大，因为“金属”行为有不同的接受：

• 根据所考虑的化学/电气特性，金属有不同的定义。
• 根据压力和温度，一些元素（不再）表现出金属行为，例如碘在 40,000 倍大气压下的表现。

另一方面，我们看到的颜色取决于物理/生物过程，可能与金属结构无关。我在想

• 金属的颜色取决于环境光
• ，即使金属的吸收光谱的某些部分位于光谱的红橙黄色部分，它也会使其呈现灰色。

电子结构与颜色的关系

金属的电子结构影响其颜色。铜和金等金属具有特定的电子跃迁，从而产生其特征颜色。蓝色或绿色需要不同的跃迁或机制，而这在金属的可见光范围内并不常见。

金属的颜色通常取决于其电子结构以及它们与可见光的相互作用。例如，铜的红色来自于其特定的电子跃迁，这些跃迁会吸收和反射特定波长。

特殊案例：氧化铜和铋晶体

氧化铜确实呈绿色：

铋晶体具有彩虹色，可能呈现蓝色：

有传言称，阳极氧化铌由于有一层薄薄的氧化层而呈现蓝色：

深入解析：锇的蓝色之谜

这里涉及很多问题需要讨论。首先举几个简单的例子，铜、银和金都是面心立方金属，电子费米面几乎是完美的球形。这导致两点：电子（以及光学）特性是各向同性的，将传导电子视为近乎完美的电子气是合理的。

考虑电子气与光的相互作用，关键参数是等离子体频率，即电子气可以晃动的自然谐波频率。初步估计，等离子体频率由以下公式得出：

\omega_{p}^{2} = {4 \pi n e^{2} \over m}

和n自由电子的数量密度和m感兴趣的能带结构中电子的有效质量。

现在，我们可以将电子气体视为洛伦兹振荡器 – 对于低于等离子体频率的入射光，电子很容易响应时变场，金属很容易在那里反射。高于等离子体频率时，电子不再响应，光会穿透金属，反射率会降低。这个相当简单的理论解释了铜、银和金的反应。对于铜和金，等离子体频率在可见范围内，蓝色和绿色的反射率会降低，因此它们看起来偏红。如果你能看到近紫外线，你会看到银的反射率在那里下降。

一些评论和答案提到了锇，这是简单等离子体频率模型因多种不同原因而陷入困境的一个很好的例子。第一个原因很简单——锇具有 hcp 晶体结构，因此我们预计在不同方向（在基面内，以及垂直于基面）会有不同的电学和光学行为。作为非各向同性 hcp 电子结构的一个例子，我将指出hcp Be 电子结构的回答。在那里，“雪茄”结构是空穴的费米面，“冠”结构是电子的费米面——是的，基面中的导电电荷与垂直于基面的导电电荷不同，这已由不同晶体方向的霍尔测量证实。

那么，锇的情况如何呢？首先，与铍一样，电子和空穴都对电导率有贡献，每个都有单独的费米面。而且，由于锇的电子多得多，电子结构要复杂得多。幸运的是，费米面已经测量过了（）。论文中的图 7 显示了电子费米面：

是的，两个表面都不是球形，一个嵌套在另一个内部。

为了完整起见，图 12 是空穴费米面：

但是，锇为什么是“蓝色”的呢？答案在于那些嵌套的电子费米面。这种结构允许从一个费米面到另一个费米面的带间跃迁，事实证明，这些跃迁主要发生在蓝色之下，给颜色留下了强烈的蓝色印象。有关光学响应的 更多信息，请参阅。

所以，锇的行为确实不同于铜、银或金。这些差异凸显了经常考虑晶体结构细节和由此产生的电子结构、费米面及其对光学特性的影响的必要性。