Farbe des Goldes durch relativistischen Effekt

[RalfP]

Habe letztens gelesen, dass nach Newton Gold die Farbe Silber haben müsste und durch relativistische Effekte Gold halt die Farbe Gold hat.

Ist doch interessant, oder?

Kann das vielleicht jemand näher erläutern?



Ich habe mal die Typos ausgebessert, nix für ungut. Karl

[Uli]

Nichts für ungut, aber das klingt irgendwie unwahrscheinlich, finde ich.

Wo hast du das her ?

Uli

[M_Hammer_Kruse]

Hallo RalfP,

willkommen bei AC!

Das mit der Farbe hängt damit zusammen, daß im Goldatom bestimmte Elektronen wegen der großen Kernmasse so schnell kreisen, daß wir relativistisch rechnen müssen, um ihre wirklichen Energiewerte festzustellen.

Und da die Farbe von den Energieniveaus der Elektronen abhängt, liefert die relativistische Rechnung eben eine andere Farbe als die Rechnung ohne Einstein.

Näheres steht bei Wikipedia.

Gruß, mike

[galileo2609]

Und in dem Artikel 'Einstein in der Chemie' von Martin Kaupp, Spektrum der Wissenschaft, Dezember 2005, pp. 90-96

Grüsse galileo2609

[RalfP]

[zeitgenosse]

@galileo2609

Hab Dank für die Information aus der Feder von Kaupp. Was mir jeweils Kummer bereitet, ist die vorgetragene Selbstherrlichkeit:

[Uli]

[galileo2609]

[zeitgenosse]

[RalfP]

Ich empfinde dies als Spitzfindigkeit, ich habe sehr wohl verstanden - und das werden auch alle anderen Leser verstehen - das damit eben gemeint ist dass die RT diesen Effekt erklären kann.
Sicher wäre auch Gold ohne Einstein gelb, aber nach der Theorie von Newton eben silber.

Andere Theorien müssen sich aber daran messen lassen ob sie eben auch in der Lage sind diesen Effekt zu erklären.

Dies wäre mal eine Frage an die RT Kritiker.

[zeitgenosse]

[zeitgenosse]

Dirac war noch der Ansicht, dass die RT in der Chemie nicht von grosser Relevanz sei. Durch Pyykkö (Univ. Heksinki, Relativistic theory of atoms and molecules) und weitere Forscher setzte aber in den siebziger Jahren ein Umdenken ein. Die Farbe des Goldes wird deshalb so gedeutet:

Elektronen des s-Orbitals erreichen infolge der grossen Coulombkräfte bereits relativistische Geschwindigkeiten. Als Folge dessen nimmt die dynamische Masse enorm zu, das Elektron wird sozusagen schwerer und der mittlere Kernabstand sinkt. Infolgedessen verringert sich die Gesamtenergie des Systems. Beim Gold nun - dessen Leitungsband durch die s-Orbitale gebildet wird, genügt somit bereits blaues Licht, um Elektronen aus dem Valenz- in das Leitungsband zu heben. Gold schimmert demzufolge in der Komplementärfarbe, eben dem sattten Goldglanz. Solches im Unterschiede zu Silber, wo die beiden Bänder weiter voneinander entfernt sind und es demnach eine grössere Photonenenergie (E = h*ny) im UV-Bereich braucht, um Licht aus den Atomen zu emittieren.

Soweit so gut, das habe ich prinzipiell verstanden. Was mir nun aber Sodbrennen bereitet, ist die "dynamische Masse". Denn auf dsp musste ich mir während Wochen von Koryphäen wie Prof. Dragon et al. sagen lassen, dass die dynamische Masse ein Relikt aus den Anfangstagen der SRT sei und dass man heutzutage nur noch eine Masse, nämlich die Ruhmasse von Elementarteilchen, kenne. Selbst habe ich mich mit dieser Antwort zwar nie richtig befreunden können (weil der Versuch von Bertozzi - wie auch die historischen Versuche von Kaufmann etc. - doch eine relativistische Massenzunahme nahelegt); dennoch habe ich mich letztlich durch die Argumente wider Willen überzeugen lassen.

Nun aber kommen die Chemiker und stossen diese Ansicht der theoretischen Physiker wieder vom Sockel. Es ist die Rede von einer "Massen-Geschwindigkeits-Kontraktion" etc. und dem damit verbundenen Effekt, dass Gold eben gelb glänzt. Was also soll ich von solchen Kehrtwenden nur halten?

Noch schlimmer wird es, wenn ein Chemiker wie Bratislav Djordjević (Department Chemie der Techn. Univ. München) meint, die ART dazu anführen zu müssen. Ich lese in seiner Dissertation (Beiträge zur Polyaurierung C-H-acider Verbindungen) die merkwürdigen Sätze:

[as_string]

Hallo!

Ich wollte hierzu noch etwas schreiben, obwohl es nicht direkt mit Gold zu tun hat.
Am Ende meiner Atomphysik-Vorlesung hatte unsere Übungsgruppe eine kleine Führung am MPIK in Heidelberg und dabei wurde auch ein Versuch beschrieben, bei dem mit extrem stark ionisierten Atomen Spektroskopie gemacht wird:
http://www.mpi-hd.mpg.de/ullrich/
Ich kann Euch jetzt nicht mehr so genau die Details erzählen, aber der Hintergrund ist wohl, dass man bei großen Atomen mit vielen Elektronen nur noch sehr schwer (und natürlich nur noch numerisch) Theorie und Experiment vergleichen kann. Immerhin hat man es dann ja schon mit knapp 100 Teilchen zu tun. Relativistische Effekte treten aber erst bei recht großen Kernladungszahlen auf, weil erst dann die Elektronen in einem solchen starken Potential auf so hohe Geschwindigkeiten kommen.

Um das aber doch erforschen zu können ist die Idee, dass man zwar Atome mit hoher Kernladungszahl nimmt, dann aber fast alle Elektronen weg nimmt und diese hoch-ionisierten Atome untersucht. Damit hat man dann zwar die gewünschten hohen relativistischen Elektronen-Geschwindigkeiten aber trotzdem nur wenige Teilchen, die man noch leichter berechnen kann. So kann man dann, hoffentlich, die Theorien in diesem Bereich eher überprüfen bzw. mit den so gewonnenen experimentellen Daten vergleichen.

Gruß
Marco

[Uli]

[zeitgenosse]