金子为什么是金色｜混乱博物馆

这是一件99.99%高纯度的金标本。

你有没有想过，为什么别的金属总是银白色，唯独金子是高贵的金黄色？

以下为视频文字稿：

从小就知道“黄灿灿的金子”，可你有没有想过为什么大多数金属都是银色，金子偏偏就是金色？这个问题可远比一般人想象得博大精深多了。

首先，所谓金色就是黄色带有强烈的反光，即所谓“金属光泽”——与表面平滑带来的光泽不同，金属只要没有研成极细的粉末，即便表面粗糙也能熠熠生辉，这是它们独特的材料属性，与它们良好的导电性关系密切。

我们在中学时代就知道，金属容易失去最外层的电子，在金属晶体内部形成一个自由电子的汪洋大海，这给金属带来了良好的导电性，同时，这些自由电子也形成了一个等离子体，可以与电磁波相互作用。

光是电磁波，当它撞上金属的表面，就会在电子汪洋中掀起涟漪，消耗很多能量；光又是粒子，不能合并或拆分，物质必须一个一个地吸收它们——出于这些量子力学机制，只有那些能量非常高的光才能被金属吸收，可见光能量太低，全被反射掉了，这让金属焕发出极强的白色光泽，或者说“银色”。

但黄金的原子序数颇高，这使得它们不但受这些量子机制的约束，还显著地体现出了相对论效应——我们用相对论量子化学研究它。

简单地说，原子周围束缚着很多电子，它们按照能量高低分层排布，最外层的电子决定了原子的大部分物理化学性质。

而金原子有六层电子，最外层的那个电子有极高的能量，可以理解为以65%的光速飞驰，狭义相对论带来的质量效应不可忽略，这个电子因此变得沉重而懒惰——这给金带来了相当稳定的化学性质。在自然界中，它几乎是唯一一种总以单质形态出现，不需要冶炼就能获得的金属元素，这让它所有古老文明中都占据了极重要的位置。

不仅如此，这个电子的懒惰还带来了更小的轨道半径，使得金原子的外层电子更加容易跃迁，体现在宏观上，就是可以吸收能量更低的光子——比如可见光中的蓝紫光。由于颜色的互补原理，它们就展现出了鲜艳的橙黄色。

但事情并没有就此结束，我们既然知道了金色的来源，就有机会改变它们的颜色：金子研磨成粉通常还是金色，可以用作昂贵的颜料甚至化妆品。

但如果我们采用一些特殊的手段，制备出纳米尺度的超细金粉，就会发现它们在水中形成了深浅不同的红色胶体，如果进一步控制颗粒的形状，就能让它们变出赤橙黄绿青蓝紫，各种颜色。

这是因为纳米级的金颗粒尺寸太小，其中的自由电子不足已形成汪洋，只能形成水洼，可见光在其表面掀起的电磁波涟漪会强烈地共振，影响可见光的吸收频率，就如同松紧不同的琴弦能奏出丰富的乐音，形状不同的金颗粒也发出了绚丽的色彩。