金属为什么有光泽

金属为什么有光泽

在已发现的100余种化学元素中，金属元素约占80%。金属单质中除汞在常温下为液态外，其他均以固态形式存在。金属单质如被加工成具有平滑的表面时，则绝大多属都为银白色，仅少数例外，如纯金为黄色、纯铜为淡红色，所有金属都具有特有的金属光泽。金属单质在颜色上的这一共同特性仍是由其内部结构决定的。固态的金属为金属晶体，由于金属原子一般半径较大，最外层电子个数为1～3个，因此在晶体中这少数的外层电子较易失去，金属晶体中有不少金属原子失去外层电子形成金属阳离子，而那些脱离原子核吸引的电子能够在金属晶体的内部较为自由的运动，形成所谓的“自由电子”。正是凭借着金属阳离子和自由电子之间较强的相互作用，金属原子间形成金属键，金属原子才相互结合构成金属晶体。

有大量的自由电子存在，是金属晶体不同于离子晶体、原子晶体和分子晶体的结构特征，金属单质的许多物理性质，如金属光泽、金属良好的传热、导电性，都与自由电子的存在有关。由于金属晶体中大量金属原子之间的相互作用，使得各原子原有的每一能级，在晶体中形成了数量可观、能量间隔极小的大量能级，这些能级在能量分布上几乎建成一个整体，即构成一个“能带”。除金属导体外，绝缘体、半导体也都存在着能带，但金属晶体的能带结构特征是具有“导带”，即该能带中仅部分能级被电子占据，还有大量未被电子占据的空能级。由于能带内相邻能级的能量差极小，因此当可见光照射金属时，任何波长的可见光都会将金属导带中的电子激发到导带上部的某个空能级。但这些处于较高能级的电子很不稳定，很快又会跳回原来的低能级，并放出各种能量的光子，形成了包括所有可见光波长的反射波，因而使绝大多数金属呈银白色，且有特殊的金属光泽。图4—3是一些金属对各色可见光的反射率图。

图4－3　一些金属，包括类金属的黄铁矿（愚人金）FeS₂的反射

从4—3图可以看出：金属银、铝和铁对全部可见光都有几乎大体相同的较强反射率，因此这3种金属为银白色；而铜和金对于蓝光和紫光反射率较低，即对短波可见光有较大吸收，因而分别是淡红色和黄色。这两种金属反射光谱的这一特点也是由它们各自原子结构的特点决定的，这里就不再多述。

除金属晶体外，某些其他晶体也具有类似金属的能带结构，如一些晶体结构生长很好的黄铁矿（FeS₂），由于其反射光谱与金相似，因此从外观上看，还真有点像金，故得名“愚人金”。这一事实也告诉我们，鉴别物质时，不仅要考察其外观，还要考察其诸多的性质和结构，这时再下结论也不迟，因物质世界中这种外表相似，化学性质和结构完全不同的情况也是常见的。