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Perché l’oro è d’oro?

by Adriana Carelli
oro

L’oro sfuso ha un giallo caldo molto caratteristico, mentre quasi tutti gli altri metalli hanno un colore grigio o argenteo. Da dove viene questo colore?

Risposta:

Questa proprietà deriva da effetti relativistici dove concorrono le distinte energie di transizione elettronica negli atomi dell’oro. Facciamo un confronto con l’argento che al contrario dell’oro, presenta un colore grigio chiaro.

Assorbimento del colore

L’assorbimento (ridotta riflettanza) osservato a lunghezze d’onda inferiori da argento e oro è causato da una transizione elettronica (causata dall’assorbimento della luce) tra i loro 4d -> 5s e 5d -> 6s rispettivamente. L’argento assorbe (riflette meno) nell’ultravioletto, nessuna luce visibile viene assorbita in modo significativo. Pertanto, se puntiamo la luce bianca sull’argento, nessuna delle lunghezze d’onda visibili viene assorbita, sono tutte riflesse e l’argento appare come una sostanza metallica bianca lucida.

Infatti, i gioiellieri dicono che l’argento è il più bianco dei metalli. D’altra parte, l’oro assorbe (riflette meno) la luce blu nella regione visibile. Quando la luce bianca brilla sull’oro, la luce blu viene assorbita e la luce gialla viene riflessa (vedere questo articolo sui colori complementari per maggiori dettagli su come rimuovere determinati colori dalla luce bianca produce colori diversi). Quindi la nostra domanda diventa, perché la transizione elettronica dell’oro 5d -> 6s è spostata nella regione visibile?

https://it.wikipedia.org/wiki/Elementi_del_gruppo_11

Orbitali

Gli elettroni s sono fortemente attratti dal nucleo perché la loro densità di probabilità è più elevata vicino al nucleo rispetto ad altri tipi di orbitali (p, d, f, ecc.). La semplice teoria di Bohr ci dice che questi elettroni fortemente attratti negli atomi con un gran numero di protoni (nuclei pesanti) dovrebbero viaggiare ad una considerevole frazione della velocità della luce per evitare di “cadere” nel nucleo (1). La relatività speciale fa un passo in più e spiega che, poiché questi nuclei pesanti con i loro elettroni viaggiano oltre la metà della velocità della luce, la massa di elettroni aumenterà e man mano che la massa aumenta (2), il raggio orbitale diminuisce (3).

Inoltre, quando il raggio orbitale diminuisce e l’elettrone è più vicino al nucleo, diventa più stabile e l’energia dell’orbitale diminuisce. Poiché i vari elettroni s mentre si avvicinano al nucleo, gli altri elettroni non s (o p) sono meglio schermati dal nucleo. Quindi, sebbene i vari orbitali s siano contratti e posti a un livello inferiore di energia, i vari raggi orbitali d e f si spostano più lontano e si verificano a maggiore energia a causa di questo maggiore effetto di screening.

Conclusione

Quindi, nell’ d’oro, ci aspetteremmo che l’orbitale 5d sia innalzato in energia (effetto di screening) e l’orbitale 6s sia abbassato in energia (effetto di contrazione orbitale relativista). L’effetto netto è una separazione di energia più piccola tra questi due orbitali e uno spostamento verso il rosso nell’assorbimento 5d -> 6s verso l’energia inferiore (rispetto all’assorbimento dell’argento che non è soggetto alla stessa entità degli effetti relativistici) regione blu di lo spettro, risultante in un colore giallastro per la luce riflessa dall’oro.

Immagine di copertina:

Foto di Erik Stein da Pixabay

:

http://www.fourmilab.ch/documents/golden_glow/

https://en.wikipedia.org/wiki/Relativistic_quantum_chemistry

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