9 Por que alguns metais apresentam uma cor acinzentada ou prateada? Por que o ouro aparenta ser amarelado e o cobre avermelhado?
Passo 1
O enunciado pergunta por que a maioria dos metais tem aparência acinzentada ou prateada, mas o ouro parece amarelado e o cobre avermelhado. O conteúdo envolve óptica de metais, em particular o papel dos elétrons livres na reflexão da luz e das transições interbanda que introduzem absorção seletiva em certas faixas do espectro visível.
Passo 2
Metais possuem elétrons de condução que respondem coletivamente ao campo elétrico da luz. Para frequências abaixo de certa frequência característica (frequência de plasma
), o elétron responde de modo que a função dielétrica é negativa, gerando alta refletividade. Como a maioria dos metais tem
no ultravioleta, toda a luz visível (
a
) é refletida quase uniformemente, resultando na cor prateada ou acinzentada.
Passo 3
A frequência de plasma de um metal pode ser aproximada pela expressão
quando desconsideramos perdas. Para
temos
e reflexão quase total. Como
típico está em torno de
(ultravioleta), o visível fica todo refletido de forma semelhante.
Passo 4
No ouro, além dos elétrons livres, existem transições eletrônicas entre bandas mais profundas e a banda de condução com energia de cerca de
(comprimento de onda ~
). Essas transições interbanda absorvem fortemente a luz azul-verde em torno de
. Com o azul removido, predomina a reflexão das componentes amarela e vermelha, dando ao ouro seu tom amarelado característico.
Passo 5
No cobre, há transições interbanda próximas a
(comprimento de onda ~
), o que faz com que a luz verde seja absorvida mais fortemente. Como resultado, a componente vermelha do espectro visível é refletida em maior proporção, conferindo ao cobre a aparência avermelhada.
Resposta
A maioria dos metais é prateada porque sua frequência de plasma está no ultravioleta, refletindo todo o visível uniformemente. O ouro parece amarelo devido à absorção seletiva da luz azul-verde por transições interbanda em torno de
. O cobre aparece avermelhado porque suas transições interbanda absorvem a luz verde (~
), realçando a reflexão da componente vermelha.