黃金為什麼是金黃色？
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說了好幾篇黃金背後的科學，黃金表面的科學還沒說到呢，比如：黃金為什麼是金色的？你可能會想：「這個問題應該不難吧，我書讀的少，也參加過高考，雖然它不考。但科學史上應該很早就能解釋了吧？高中生也可以理解吧？」
你太幼稚了！黃金那美麗而吸引人的顏色一直到20世紀70年代才得到合理的解釋。
【金為什麼是黃色的，這也是一個問題嗎？】
一直以來，在大多數人的腦海里，量子力學的神秘存在於微觀世界，而相對論里的神奇效應需要在宇宙尺度或者亞光速的情形下才能得到體現。
在玻爾的氫原子模型里，氫核的核電荷較小，根據公式計算，1s電子繞核旋轉的速度大約為2000公里/秒，遠遠低於光速，確實無需考慮相對論效應。
而在重元素的原子內，由於核電荷數很高，內層電子受到原子核強烈的電磁力吸引，必須加速到接近光速才能留在它的軌道，比如，金原子里，1s 電子的運動速度達到了光速的65%。在如此高的速度下，電子的質量將由於非常明顯的相對論效應而增大，因而引起電子軌道收縮，更加靠近原子核。這又導致較外層的6s 軌道也發生收縮，就這樣，金的6s軌道更加靠近內側的5d軌道，兩者之間的能帶間隙僅有214電子伏特。
這個數字意味著什麼呢？我們可以用金的弟弟——上一周期的銀作個對比，銀的4d軌道和5s軌道之間的能帶間隙高達315電子伏特。
【黃金和白銀身為兄弟，為啥顏色相差如此之大？】
我們能看到的可見光僅僅是電磁波譜里的一小部分，波長分布在390nm-770nm。如果我們看到的物質吸收所有的可見光，那我們將看到它體現出黑色；如果它吸收掉一部分可見光，那我們將看到它的互補色；而如果一種金屬不吸收可見光而是吸收紅外線或者紫外線，由於金屬中充滿了自由電子，它將發射出金屬的銀白色。
好了，通過計算，銀的4d和5s軌道之間的能帶間隙——315電子伏特對應於紫外區域的光線，而金的5d和6s軌道之間的能帶間隙——214電子伏特恰好對應於可見光中的藍色區域，藍色的互補色是黃色，所以金體現出亮閃閃的金黃色。經過了一系列相對論+量子力學，學過高中物理的你終於懂了嗎？
【將金（Au）和銀（Ag）、鋁（Al）在一起做反射曲線的對比，可以看到，在500nm以下的藍紫色光，金反射較少。而鋁和銀幾乎反射所有的可見光，因而體現出銀白色。】
銅銀金三兄弟的最外層都只有一個電子，這個電子非常容易成為金屬晶體中的自由電子，這讓它們都具有很強的導電性。在一立方厘米的金塊里，竟然有5.91*10^22個自由電子。
和它的兩位小弟銅、銀相比，金的最外層電子受相對論效應影響較大，沒有那麼活躍。因此它的導電性比兩位小弟還是要弱一點。
但銅和銀畢竟不耐腐蝕，在一些高精尖的領域裡，耐腐蝕的金擔負起了導電的重任。比如，曼哈頓計劃中，導電傳輸材料就用了很多黃金。在我們身邊的電腦、手機里，也有金的身影。每台Iphone里大約含有50毫克的金，每年全球有價值5億美金的黃金用於手機的生產。
【我說的可不是這土豪金表面的金有50mg，我說的是手機里的黃金導電傳輸材料。】
也不要以為金只是金黃色的，金和其他元素的合金可以體現出五色繽紛。比如，金和鈀的合金是銀白色，和銀組成的18K金是黃綠色，跟鐵的合金是藍色，跟鋁的合金是紫色，等等。
近年來，納米概念深入人心，金元素也搭上了這個時尚，這就是紅色的納米金！
在現代科學意義上，納米金的發現者是一個你想不到的名字：法拉第。沒錯！就是那個物理學家！
一次偶然的機會，法拉第往顯微鏡的載玻片上的溶液里放置極薄的金箔，突然發現液體變成了絢爛的紅寶石顏色。身為一個仔細的物理學家，法拉第從來都對各種顏色非常敏感，他絕不會放過這樣的機會！他發現了一種方法，用磷去還原氯化金溶液，就可以得到紅寶石顏色的液體，他將其稱為「活化金」。
【紅寶石顏色的納米金，甚是瑰麗。】
一開始，化學家們對這種美麗的液體的成分不甚了解，甚至有人以為它是錫化金。於是法拉第做了一個著名的實驗，他在暗室里，用一束光照射這種液體，如果是普通的溶液，光線會直接透射過去，而在這種液體中，一束光線清晰可見。法拉第指出，這種液體其實就是由金的微小粒子組成的懸浮液，現在我們叫它「膠體」，這種現象最早也被稱為「法拉第—丁達爾現象」，它是最直接的區分膠體和溶液實驗方法！
法拉第當年配置的「活化金」距今已經160年，依然顏色鮮艷，還能體現出極好的「法拉第—丁達爾現象」！
【小顆粒的納米金表現成紅色，而大顆粒的納米金則越發顯藍色。】
現在我們知道，「活化金」就是納米級的金膠體，因此叫它「納米金」。目前，它已經在基礎研究和實驗中成為非常有用的工具，成為現代四大標記技術之一。在生物醫藥、食品檢測、儀器分析甚至腫瘤檢測中都能見到它的身影！
【用納米金檢測腫瘤！】
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