為什麼大多數金屬看起來都是銀色，而金色是例外？

這個問題的答案很大程度上依賴於量子理論也就不足為奇了，但是聽到完整答案將相對論的考慮帶入畫面時，大多數人都會感到驚訝。因此，我們在談論量子相對論效應。

故事的量子位告訴我們，諸如銀和金之類的金屬的顏色是d電子吸收光子的直接結果。這種光子吸收導致d電子躍遷到s軌道。通常，當然對於銀，4d→5s躍遷具有較大的能量分離，需要紫外光子才能實現躍遷。因此，可見光波段內的光子的能量不足以被吸收。在所有可見頻率都反射的情況下，銀色沒有其自身的顏色：它具有反射性，這種外觀我們稱為“銀色”。

現在相對論位。重要的是要認識到，s軌道中的電子更有可能位於原子核附近。從經典上講，靠近原子核意味著更高的速度（參見太陽系中內行星的速度與外行星的速度）。

對於金（原子序號為79，因此帶有高電荷的原子核），這幅經典的圖片轉換為s軌道中電子的相對論速度。結果，相對論性的收縮作用於金的s軌道，這導致它們的能級移向d軌道的能級（它們遠離原子核，並且從傳統上講，速度較慢，因此受相對論的影響較小） 。這將光吸收（對於金主要由於5d→6s過渡而引起）從紫外線向下移至低頻藍色範圍。因此，金會吸收藍光，同時反射其餘可見光譜。這會導致我們稱之為“金色”的淡黃色調。

反射率與波長的關係。紫色/藍色光對應於400-500 nm，可見光譜的紅色端對應於大約700 nm。

請參閱：金的顏色，相對論量子化學。

D電子允許可見態下的光學躍遷。可見光可以被d殼中具有未結合價電子的元素吸收。

化學：光學d-> s $ ^ 2 $躍遷

• 鐵[Ar] 3d $ ^ 6 $ 4s $ ^ 2 $
• 錫[Kr] 4d $ ^ {10} $ 5s $ ^ 2 $ 5p（全d殼）
• 鋁[Ne] 3s $ ^ 2 $ 3p $ ^ 1 $ （是一種特殊情況：沒有價電子，但具有鋁反射率。除了菲涅耳方程的計算之外，我沒有其他解釋。但是我無法理解原因
• 引線[Xe] 4f $ ^ {14} $ 5d $ ^ {10} $ 6s $ ^ 2 $ 6p $ ^ 2 $（全d殼）
• 鋅[Ar] 3d $ ^ {10} $ 4s $ ^ 2 $（全d殼）
• 鎢[Xe] 4f $ ^ {14} $ 5d $ ^ 4 $ 6s $ ^ 2 $
• 鎳[Ar] 4s $ ^ 2 $ 3d $ ^ 8 $或4s $ ^ 2 $ 3d $ ^ 9 $
• 銅[Ar] 3 $ d ^ {10 } $ 4 $ \ mathbf {s ^ 1} $（一個s和全d殼）
• 金[Xe] 4f $ ^ {14} $ 5d $ ^ {10} $ 6 $ \ mathbf { s ^ 1} $（一個s並充滿d殼）

除了鋁以外，這些有光澤的金屬都具有d個電子。單s電子和全d殼暗示可見光譜中從d到s $ ^ 2 $的重要軌道轉變。在能量上優選全殼。除了獨特的電子結構外，似乎沒有任何關於金和銅有色外觀的解釋-至少化學方法無法提供答案。

物理：藍色附近的\ epsilon（\ lambda）$的符號變化

如果全可見光譜的吸收光被釋放（實際上是反射的） ，金屬看起來像鏡子一樣有光澤。實際上，我們的浴室鏡子是由鋁質背面鍍膜玻璃製成的。

在這裡，物理學不僅要解釋“價電子是否存在”，還需要解釋更多。物理上的第二個原因不能描述其起源：使用$$ n = \ sqrt {\ epsilon_r \ cdot \ mu_r} \ qquad \ text {with} \ qquad在菲涅耳方程中反射率 \ epsilon_r = 1- \ frac {n_e e ^ 2} {\ epsilon_0m \ omega ^ 2} \ qquad \ text {符號更改為} \ qquad \ omega = \ omega_p $$

電子的德魯伊自由電子氣模型（和電子密度$ n_e $）在這些金屬的整個可見光譜中都很高。該符號在$ \ omega = \ omega_p $處發生變化，等離子頻率是$ \ epsilon_r $變化的原因，因此，由於菲涅耳方程式，折射率$ n $變化，反射率變化。如果這種變化恰好發生在可見光譜中，那麼就會出現像金一樣的有色反射。發生金的藍色吸收，因為這種重元素必須考慮相對論。請參閱最佳答案。 銅和金對藍色的反射率不高（$ \大約475 \，$ nm）。

摘錄自 http://www.webexhibits.org/causesofcolor/9.html

”“金屬的顏色可以通過能帶理論來解釋，該理論假設重疊

在金屬物質中，空的導帶可以與包含電子的價帶重疊，一個特定原子的電子能夠移動到更高能級的狀態，幾乎沒有或沒有額外的能量

電子所佔據的最高能級稱為費米能，費米能級或費米表面，據稱外層電子是“自由的”，並準備在存在電場的情況下移動。

在費米能級以上，能級為空（絕對值為零時為空），並且可以接收激發電子。金屬表面可以吸收所有波長的入射光，激發電子躍遷到更高的高度這些電子可以很容易地下降到原始能級（短時間後）並發射相同波的光子恩。

因此，大多數入射光會立即重新發射到表面，從而產生我們在金，銀，銅和其他金屬中看到的金屬光澤。這就是為什麼大多數金屬是白色或銀色，並且光滑的表面將具有高度反射性的原因，因為它不允許光線深入地穿透。

如果吸收和重新發射的效率達到在所有光能下近似相等，那麼白光中的所有不同顏色將被同樣好地反射。 這導致拋光的鐵和銀表面具有銀色。

對於大多數金屬，單個連續帶從價能延伸到“自由”能。有效電子將能帶結構填充到費米表面的水平。

如果效率隨能量的增加而降低（例如金和銅的情況），則在藍色端的反射率降低。光譜會產生黃色和紅色。

銀，金和銅具有相似的電子構型，但我們認為它們具有完全不同的顏色。

金滿足所有對2.3 eV能量（從3d波段到費米能級以上）的強烈吸收光的要求。我們看到的顏色是黃色，因為相應的波長被重新發射。

銅在較低的能量處具有很強的吸收能力，其中橙色最易吸收和重新發射。

銀。吸收峰位於紫外線區域，約為4 eV。結果，銀在可見光譜中均勻地保持了高反射率，我們將其視為純白色。相等地吸收並重新發射與整個可見光譜對應的較低能量，這使得銀成為鏡面的不錯選擇。

這個問題還有一個有趣的方面，與物理學相比，它更多地與神經科學有關：為什麼我們將中性色的金屬（例如銀）感知為灰色，即使它們發亮並因此僅反映周圍環境的顏色？

一個答案是，此類金屬始終具有一定的粗糙度，因此會從一定角度散射光，這些光線通常具有一定波長范圍。這些波長的混合趨於使感知的顏色飽和，並使它趨向中性色調。但是，一些簡單的實驗表明，不僅如此。即使表面反射一種主要顏色，我們對錶面顏色的感知也是灰色的。

其原因與大腦處理顏色信息的方式有關。 顏色恆定性可確保我​​們的感知針對環境光條件下的顏色偏差進行調整：我們傾向於感知物體的本徵顏色，而不是從物體反射的光的顏色。金屬表面的明顯灰色（發亮和無光澤）似乎是這種現象的一個有趣變體。

讓我們從“那個東西是X的顏色”的根本含義開始：

您會注意到銀色不是這裡的顏色之一。但是，銀色就像很多白色，就像我們稍後將看到的一樣。

還有另一個因素涉及鏡面反射與漫反射。

白色漫反射所有波長（反射的光線沿任何方向傳播）。銀（例如，鏡子）鏡面反射所有波長（反射的光線會很好地反射）。

現在，金屬不一定總是看起來像鏡子-它們通常比鏡子更凹凸，所以它們的反射是

無論如何，關鍵是“銀色”表示“鏡面反射（或多或少）所有波長”。

為什麼這些金屬反射大多數可見光？因為它們有很多自由電子（這也正是它們是良好導體的原因）。當光（電磁輻射）撞擊金屬表面時，它會被繞著金屬原子運行的電子吸收，並隨著電子落回到更穩定的構型而重新發射。帶隙的大小決定了哪些頻率被吸收和發射。

像金這樣的有色金屬具有這些特性中的大多數，但是在藍綠紫區域僅吸收了一點輻射。因此，無論反射出什麼，都會去除一點綠-藍光，並且結果看起來（通過減法）會變成淡紅色。

像鉛這樣的金屬也具有這些特性中的大多數，但會吸收更多的

PS此答案由 quora.com上的“ Ian Pollock，Sci / Phil dilettante”提供。

金屬能帶結構允許吸收和重新發射光，如此網站所述。

金屬是有色的，因為光的吸收和再發射取決於波長。金和銅在短波長下反射率低，黃​​色和紅色優先反射。銀具有良好的反射率，不會隨波長變化，因此看起來非常接近白色。