Recientemente aprendí que el oro adquiere su color amarillo porque los electrones en el orbital 5d absorben fotones 'azules' y hacen la transición al orbital 6s. La caída en el extremo azul del espectro visual hace que la luz reflejada parezca amarilla.
Esto está bien, pero plantea una serie de preguntas para las que no he podido encontrar respuestas. Continuaré usando oro como ejemplo de ejecución, pero imagino que hay implicaciones más generales:
El orbital 6s puede contener 2 electrones, pero un punto ya está ocupado en el estado fundamental para el oro. Entonces, cada átomo de oro puede absorber efectivamente un fotón 'azul', ¿sí? Entonces, ¿qué sucede cuando llega el próximo fotón 'azul'?
Cuando el electrón en 6s decae a su estado fundamental en 5d, debe emitir un fotón. ¿Qué longitud de onda tiene ese fotón? ¿No debería estar bastante cerca del fotón 'azul' que lo excitó en primer lugar? ¿No debería esto negar el efecto sobre el color general del oro?
¿Cuál es la relación entre (1) y (2) arriba? ¿Qué tan rápido regresa un electrón al estado fundamental y cuántos fotones 'azules' puede absorber un átomo de oro por segundo?
El orbital 6S de la capa externa es significativamente más grande que los demás, y los orbitales externos de los átomos adyacentes se hibridan para formar una banda con una distribución continua de energías, centrada alrededor de la energía del orbital 6S de un átomo de Au aislado. Esta banda medio llena (medio llena porque el estado fundamental de un átomo aislado tiene un electrón 6S) es lo que hace que Au sea un conductor. La banda de conducción describe el mar conductor de electrones que se distribuyen entre los núcleos atómicos de Au y que, en general, no están estrechamente unidos a ningún núcleo de Au.
Esto significa que en una muestra de tamaño macroscópico de Au hay un continuo de estados disponibles en los que los electrones 5D pueden excitarse, por lo que hay un rango de luz azul que puede absorberse, no solo una sola longitud de onda aislada. No se absorbe toda la luz azul que incide sobre una pieza de Au, pero se absorbe suficiente para agotar esa parte del espectro, dejando atrás el color dorado de la luz reflejada.
En este proceso, un fotón dado no tiene que interactuar con un solo átomo al que se dirige. La longitud de onda de la luz es mucho más larga que la distancia interatómica, por lo que incluso un pulso muy estrecho de luz azul caerá sobre una región que contenga muchos átomos. Si un electrón 5D de cada uno de los átomos cercanos a la superficie fuera promovido a la banda de conducción 6S, entonces la absorción cesaría, pero a menos que exponga el Au a una luz extremadamente intensa, esto nunca sucederá, porque los electrones en la banda 6S caen. rápidamente de regreso a los orbitales 5D.
A veces, esta transición de regreso al estado 5D va acompañada de la emisión de un fotón azul, que esencialmente cancela la absorción que ocurrió antes. Si cada transición de regreso al estado 5D radiara de esta manera, entonces no obtendrías un color dorado neto, ya que los fotones absorbidos y reemitidos se equilibrarían rápidamente. Sin embargo, también es posible que los electrones de la banda 6S se desexciten de otras formas. En particular, un electrón puede chocar con un núcleo atómico y provocar una oscilación en la red nuclear (un fonón). (El hecho de que los orbitales 6S estén dispersos en una banda en realidad también ayuda a que sea más fácil tener este tipo de desexcitación por colisión). Con este tipo de proceso, la transferencia neta de energía es del fotón azul original a las vibraciones de la red. , o calor.