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Probablemente no lo hayas pensado mucho, pero la razón por la que el oro es amarillo (o más bien dorado) está profundamente arraigada en su estructura atómica y se debe a algo llamado química cuántica relativista. En pocas palabras, los electrones dorados se mueven tan rápido que exhiben una contracción relativista, cambiando la longitud de onda de la luz absorbida a azul y reflejando el color opuesto: dorado.

Oro puro. Imagen vía Wikipedia.

¿Qué es el color?

Si queremos entender por qué el oro es amarillo, primero tenemos que entender de qué color es en primer lugar. La luz blanca, lo que solemos llamar simplemente luz, es una mezcla de muchos colores, todos con su longitud de onda individual. Cuando la luz rebota en cualquier objeto, se refleja, se dispersa y se absorbe (hasta cierto punto). Entonces, una longitud de onda puede llegar al objeto, pero otra puede salir de él. Este es el mecanismo (simplificado) que se encarga de dar color a las cosas. El ojo humano absorbe la longitud de onda y la transforma en color. Cabe señalar que los objetos tienen su propio color físico, pero el color que ven nuestros ojos puede ser algo diferente, dependiendo de una gran cantidad de señales contextuales (es decir, el ángulo de visión) y biofísicas (es decir, cualquier discapacidad).

Un prisma descompone la luz blanca en sus respectivas longitudes de onda constituyentes. Vemos esto como diferentes colores.

No fue hasta Newton que nos dimos cuenta de que la luz es la fuente del color. Esto fascinó a numerosos científicos y artistas, incluidos James Clerk Maxwell, Hermann von Helmholtz e incluso Goethe, quienes mejoraron enormemente nuestra comprensión de los colores y los efectos que tienen sobre nosotros. Sucedieron que revolucionaron la física en el proceso, pero esa es una historia para otro momento. De vuelta al oro.

La química del oro.

Si miras el oro en la tabla periódica, quizás no pienses mucho en él. Con un número atómico de 79, se encuentra casi en silencio al final de un grupo llamado metales de transición (¿puedes identificarlo?). Pero si lo miras un poco más de cerca, comenzarás a notar algunas cosas. Para empezar, se encuentra justo debajo del cobre (Cu) y la plata (Ag), dos metales muy importantes en la historia humana y dos metales con los que comparte características importantes.

Comparar cobre, plata y oro con sus numerosos átomos metálicos vecinos nunca ha sido un problema, ya que los metales puros han existido durante milenios, dijo el Prof. Dr. Bernd Straub, quien publicó un artículo científico sobre qué le da al oro su color.

Pero a diferencia de la plata, el cobre y casi todos los demás metales, el oro no tiene un color plateado suave. El oro es amarillo, así que eso no explica mucho. Pero quizás aún más interesante, se encuentra justo antes de Mercurio (Hg), el único metal líquido. El color amarillo dorado y la liquidez de Mercurio en realidad tienen mucho en común.

colores relativistas

En química, algunas cosas simplemente no tienen sentido si no consideras la mecánica cuántica y la mecánica relativista, especialmente para los elementos más pesados ​​de la tabla periódica. Así que la química incorporó rápidamente estas teorías en lo que se llama química cuántica relativista. En esta rama de la química, una de las cosas más importantes es el movimiento relativista.

Básicamente, cuando las cosas comienzan a moverse a velocidades comparables a la de la luz, no solo observamos su masa, sino su masa relativista . Básicamente, cuando las cosas comienzan a moverse tan rápido, la energía adicional no puede aumentar sustancialmente sus velocidades y, en cambio, comienzan a aumentar su masa. Técnicamente hablando, todo tiene una masa relativista, pero debido a que los objetos cotidianos se mueven tan incomparablemente más lentos que la velocidad de la luz, esta masa es absolutamente insignificante. No se puede decir lo mismo de los átomos. Bueno, al menos algunos átomos.

Arnold Sommerfeld calculó que, para un solo electrón de un átomo de hidrógeno estándar, la velocidad es v Zc/137. No tengas miedo, es bastante simple. La fórmula básicamente dice que un electrón dentro de un átomo se moverá a una velocidad aproximadamente igual al número atómico dividido por 137. Para el oro, ya sabemos que el número atómico es 79. Entonces, en este caso, los electrones se estarían moviendo al 58%. de la velocidad de la luz, que es bastante sustancial. Significa que los efectos relativistas son claramente perceptibles para el oro, y estos efectos están afectando su color.

Entonces, ya casi llegamos

Poniendolo todo junto

Entonces, ahora que entendemos qué es el color, tenemos una idea básica de la química del oro y sabemos que los efectos relativistas están en juego, es hora de llegar al fondo de las cosas.

Curvas de reflectancia frente a longitud de onda para espejos metálicos de aluminio (Al), plata (Ag) y oro (Au) con incidencia normal.

Como dijimos, los electrones de oro, especialmente en la capa de electrones más externa, se mueven a velocidades relativistas. Esta capa exterior es responsable del comportamiento químico y de muchas propiedades físicas, incluido el color. El espectro del ojo humano varía desde longitudes de onda de alrededor de 390 (azul) a 700 nm (rojo). Si observa la curva de reflectancia de arriba, verá que el oro absorbe muchas de las longitudes de onda bajas, el azul. Así que nos quedamos con lo contrario. El ojo humano ve la radiación electromagnética con una longitud de onda cercana a los 600 nm como amarillo, eso es lo que refleja el oro, y eso es lo que estamos viendo. ¡ Voila ! Un efecto similar ocurre en la plata pero los efectos relativistas son menores. En particular, el cesio (en forma pura) también tiene una racha dorada, por las mismas razones.

Oh, por cierto, ¿recuerdas cuando hablamos sobre Mercurio antes? Sus efectos relativistas similares que son responsables de eso.

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