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为什么铁片是银白色的,而铁粉却是黑色的?

本帖由 漂亮的石头2021-05-31 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

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    [​IMG] 刘海马,东方未明,颠倒衣裳。 阅读原文

    首先想告诉题主结论,纯净的铁粉和铁片本身都是灰色的。光滑的铁片比铁粉多了金属的光泽。

    接下来细说

    一个物体的颜色主要是由它本身对于可见光的吸收和反射来决定的。

    对于可见光吸收强烈的物质,比如黑炭,所有颜色的光都被吸收了然后没有反射出来,所以就呈现黑色。

    又比如说白纸(不讨论荧光增白剂的情况),如果所有的光都不吸收看起来就是白色。

    不同的金属有不同的颜色,因为他们对可见光的吸收反射情况不同,这些主要是由于核外电子排布的区别造成的。

    铁的电子组态为 3d6 4s2 , 4s 轨道已满,3d 轨道则并没有被电子填满,所以未满的轨道电子跃迁的时候会对光进行选择性吸收,由于铁的 3d 轨道对于可见光波长的吸收都差不多,变化不大所以铁单质在可见光区域的吸收都属于不完全的,那么铁本身是呈现出灰色的。

    对于常见金属的可见光反射情况可见下图:

    [​IMG]

    可以看到铁在 400-700 nm 的可见光波段的反射率大约都是 60%,也就是吸收了不到一半吧,所以就介于白色黑色之间,所以是灰色。

    而银对于可见光的反射率都接近 100%,所以银是银白色的。

    再看金,由于金对于蓝光的反射明显少于黄红光,所以金呈现金色。

    其他的金属颜色也请题主自己琢磨。

    接下来说说金属光泽。

    金属带有自由电子,这些自由电子自由地在金属晶格内运动,才使金属具备了金属的特性(导热导电延展性等)。

    说回金属光泽,正是由于可见光与金属内部的自由电子作用,自由电子吸收可见光随即放出,才产生的强烈的反射光。也就是金属光泽。

    有些非金属因为有类似自由电子的离域电子,所以也呈现出类似金属光泽的颜色。比如石墨。

    [​IMG]

    接下来我们来说铁片和铁粉颜色为什么不同。

    其实,以上所说的吸收与反射都是在光滑表面样品上测定的。铁片比铁粉光滑很多,反射光很大部分可以进入观察者的眼中,则呈现出银白色;而铁粉颗粒很小,每一颗的反射都是各向的,反射的光再经过互相吸收反射,最终就少了金属光泽,并且颜色也变得更深。

    其实不光滑的铁片应该也是灰色的。纯净的铁粉也差不多是深灰色。基本和刚才图中铁的反射特性一致。

    [​IMG]
    灰色的铁锅
    [​IMG]
    灰色的铁粉

    至于那种特别黑的铁粉,我觉得是氧化成四氧化三铁了吧……

    反射率高如银,变成粉以后是什么样子呢?

    [​IMG]
    银粉

    所以说并不是铁片铁粉颜色不同,只是表面不光滑少了金属光泽。

    阅读原文
     
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