Номер 11, страница 75 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 2. Химическая связь и строение вещества. Параграф 10. Металлическая химическая связь - номер 11, страница 75.

Условие.

11. Большинство металлов имеет серебристо-белый цвет, однако вам известны металлы жёлтого, красноватого, синеватого оттенков. От чего это зависит?

Решение.

Решение 2.

Цвет металла определяется тем, как его поверхность взаимодействует с фотонами видимого света, то есть какие длины волн (цвета) она отражает, а какие поглощает. Это взаимодействие напрямую зависит от электронной структуры конкретного металла.

У большинства металлов, таких как серебро (Ag), алюминий (Al) или натрий (Na), имеется большое количество свободных электронов (так называемый «электронный газ»). Эти электроны могут коллективно колебаться под действием электромагнитного поля световой волны. Характерная частота этих колебаний называется плазменной частотой $ω_p$. У большинства металлов эта частота лежит в ультрафиолетовой области спектра, то есть она выше частот видимого света. Когда на такой металл падает видимый свет (с частотой $ω < ω_p$), электроны успевают отреагировать на поле волны и полностью его экранируют, что приводит к отражению света. Поскольку это происходит для всех частот видимого диапазона (от красного до фиолетового) примерно одинаково, металл отражает весь падающий на него белый свет и выглядит серебристо-белым.

Различный цвет некоторых металлов, таких как золото (Au, жёлтый), медь (Cu, красноватый) или осмий (Os, синеватый), связан с особенностями их электронной зонной структуры. У этих металлов, помимо отражения света свободными электронами, происходит значительное поглощение света определённых частот. Это поглощение связано с так называемыми межзонными переходами: фотон с достаточной энергией может перевести электрон с одного энергетического уровня (например, из заполненной d-зоны) на другой, более высокий (например, в зону проводимости s).

Например, золото (Au) поглощает свет в сине-фиолетовой части спектра. Энергия фотонов этого диапазона достаточна для перехода электрона с d-уровня на s-уровень. В результате отражённый свет обеднён синими и фиолетовыми лучами, а их «вычитание» из белого света даёт жёлтый цвет.

Медь (Cu) аналогичным образом поглощает фотоны в зелёно-голубой части спектра, из-за чего отражённый свет приобретает характерный красновато-оранжевый оттенок.

Осмий (Os) имеет лёгкий синеватый оттенок, поскольку он слабее отражает свет в красной части спектра по сравнению с синей.

Следовательно, наличие или отсутствие цвета у металла определяется его способностью избирательно поглощать свет определённых длин волн, что, в свою очередь, диктуется его уникальной электронной структурой.

Ответ: Цвет металла зависит от его электронной структуры, которая определяет, как он взаимодействует со светом. Большинство металлов серебристо-белые, так как их «электронный газ» отражает все цвета видимого спектра примерно одинаково. Отличный от серебристого цвет (например, жёлтый у золота, красноватый у меди) возникает из-за того, что электронная структура таких металлов позволяет им поглощать свет определённых длин волн (цветов) за счёт межзонных переходов электронов. Отражённый свет, лишённый поглощённых цветов, и формирует видимый оттенок металла.