给世界点颜色看看

　　光线为世界染色

　　各种物体自身本来没有颜色。在白天，人们却可以看到物体呈现出的各种颜色，五彩缤纷；而到了没有光线的漆黑夜晚，这些物体隐匿于黑暗中，它们的颜色也显现不出来。原来只有在有阳光的时候，在有其他光源照射或物體自身发光的时候，物体才能呈现出颜色。可以说，没有光，就没有颜色。颜色是由物体发射、反射的光通过人眼视觉所感知到的信息。简单地说：有色物体本身并没有颜色，而是具有吸收某种光，反射另一种光的性能，从而呈现出反射光的颜色。发光的物体因为发出特定的光谱，因而也呈现这种光的颜色。

　　光是什么？简单来说光是一种电磁波，我们平时生活中所谓的“光”，其实是指可见光，是电磁波谱中人眼可以感知的部分，可见光谱没有精确的范围；一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长在400～760纳米之间，光是由光子为基本粒子组成的，具有粒子性与波动性。光可以在真空、空气、水等透明的物质中传播。光的波长不同，具有的颜色就不同。白光是由各种单色光组成的复色光，使用三棱镜可以将白光中混合的各种颜色分解出来。光从三棱镜的一个侧面射入，从另一个侧面射出，由于同一种介质对不同色光的折射率不同，不同色光在同一介质中传播的速度也不同。如同体育赛跑，大家都在同一起跑线上，由于各自的速度不同，慢慢就拉开距离，依次到达终点。

　　1666年，英国物理学家牛顿做了一次非常著名的实验，他用三棱镜将太阳白光分解为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的七色色带。彩虹就是阳光通过许多小水滴的色散形成的。红色的波长大约在660纳米，所以发光物体如灯泡发出波长为660纳米电磁波时，我们就能看到红色的灯泡；如果可见光照射在一张纸上，被吸收之后反射出660纳米的电磁波，那我们就看到红颜色的纸。

　　黄金的别样色彩

　　我们知道了光和颜色的关系，就可以更容易地理解金子为什么有漂亮的金黄色。首先，你知道为什么大多数其他金属只有单调的银白色吗？这是由于金属是由金属原子以金属键构成，金属原子周围束缚着很多电子，它们按照能量高低分层排布在不同轨道，最外层的电子决定了原子的大部分物理化学性质，金属原子容易失去最外层的电子，于是金属晶体内部形成了一个自由电子的汪洋大海，可以与电磁波相互作用，所以当光线投射到它的表面上时，自由电子可以吸收所有频率的可见光，然后极快地放出可见光，这就使绝大多数金属呈现钢灰色或银白色光泽。

　　而金原子有较多的电子层，最外层的电子也就具有极高的能量，这个电子因此变得“懒惰”，这给黄金带来了相当稳定的化学性质。所以在自然界中，黄金可以以单质形态出现。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在吸收光的能量后更加容易跃迁到其他轨道上。体现在宏观上，就是金会吸收蓝紫光的能量。由于颜色的互补原理，金子就展现出了蓝紫光的互补色—鲜艳的橙黄色。同样，纯铜呈现的颜色是入射光被铜吸收后对应的补色，纯铜的吸收光谱在500～550纳米区间，这一波段的光为绿色，于是纯铜就展现出紫红色的外观。

　　除此以外，当75%的金、22.25%的铜和2.75%的银按比例混合之后就可以得到玫瑰金色。三者之间不同的比例可以调出不同的色彩，由金、铜、铁、镍等多种元素按比例混合还可以得到经常见到的紫金。而将铜和锌混合可以得到与黄金同色的黄铜合金，这些金属混合发生合金化后，表面结构改变了对光线的吸收反射，微量的变化就可以带来色彩的改变，如同美术调色一般。

　　除此以外，物体的尺寸也可以带来外观颜色的改变，块体金是黄色，当尺寸减小，胶体金颗粒可以呈现不同的颜色，而尺寸小于光波的金颗粒就变为了黑色。这是因为不同尺寸形貌的金对可见光有选择性吸收，吸收了某个波长的光后，将没有吸收的光反射出去，我们看到的就是反射的光的颜色。纳米尺寸的金结构影响了光线的吸收反射，如没有或极少量的反射时，我们看到的纳米金就是黑色。

　　因为金胶体溶液中金的粒子尺寸一般在1～100纳米之间，因此会随粒径和形貌的变化呈现不同的颜色。这是由于可见光入射到金颗粒表面和溶液介质的界面层时，当满足了所有边界条件，将会激发金属颗粒表面价电子的集体振荡，由于共振使电子吸收了可见光的能量，从而使反射光在一定角度内减弱，表现出金纳米胶体溶液随着金颗粒形状和尺寸的不同呈现出多种颜色。这在生物探针和医疗检测方面有很大的应用价值。

　　珠宝美丽有门道

　　除了金子这些名贵金属具有美丽的颜色外，金属的化合物也会给我们带来丰富的颜色，比如不同色彩的宝石。这一切的颜色都来源于各种化合物丰富多彩的颜色组合，尤其是过渡金属离子的贡献。过渡金属是元素周期表中一组特别的金属，我们熟悉的铁就是其中一员。由于过渡金属离子受到光照时，电子会吸收光的能量，发生跃迁，离开本来所在的轨道，当然跃迁的电子也可以回到原始状态，而过渡金属离子吸收或放出的光的能量刚好在可见光范围内，因此就会发射出不同颜色的电磁波。

　　钻石是在地球深部高压、高温条件下形成的一种由碳元素构成，具有立方结构的天然白色晶体，纯净的钻石无色透明。而红宝石的主要成分是氧化铝，氧化铝是无色的，在合适的外界条件下，外来的铬原子就代替了部分鋁原子。当受到可见光照射时，铬原子的电子可以吸收光的能量，跃迁到其他轨道中，因为吸收的能量分别相当于紫光和黄绿光，此后，被吸收后的白光残余部分就形成了红色，故而成了红宝石。

　　祖母绿宝石具有鲜艳欲滴的绿色，它的成因也是因为含有铬元素。为什么铬的存在让一种宝石变成红色，另一种却变成了绿色呢？原来，在祖母绿宝石中，还多了铍和硅两种离子，多种离子的综合作用，才形成了祖母绿的绿色。

　　除了宝石外，一些金属离子化合物还可以将普通玻璃制成有色玻璃，如玻璃中加入二氧化锰可以呈现紫色，加入氧化钴、三氧化二钴可以烧成紫红色，加入氧化亚铁、铬酸钾可以烧成绿色，加入硫化镉、氧化铁可以烧成黄色。

　　闫玉强 马将