¿Porque el color del Oro y la Plata?

Diferencias entre el Oro y la Plata

Leyendo un poco sobre un articulo me llevo la sorpresa de saber por qué dos elementos químicos que están literalmente ”juntos” en la tabla periódica cambian su color tan drásticamente. ¿Quieren saber porque? 

Detallando un poco el tema

La respuesta no es corta e involucra a diversos temas: la estructura atómica, la tabla periódica, absorción de energía, niveles atómicos, longitudes de onda y la principal, la relatividad especial. Pero vamos por parte.

La materia está compuesta de átomos y estos poseen una estructura interna con su núcleo masivo y electrones “girando” alrededor de él en diferentes niveles energéticos. Para que un electrón esté en un nivel más alejado del núcleo necesita absorber energía; en caso contrario, cuando se desprende de ella baja un nivel. Esa energía que recibe o emite son fotones (ondas electromagnéticas/luz) de diferente energía (frecuencia/color). Dependiendo del tipo de material (átomos) esté compuesto un objeto, cuando reciba luz va a absorber cierta cantidad de luz y remitirla en otra frecuencia. Es por ello que el oro tiene el color amarillo y la plata el blanco brillante (plateado).

La relatividad es culpable

Cuando uno toma una tabla periódica y se fija en ambos metales ve que uno se encuentra exactamente debajo del otro. ¿Qué significa esto? Que más allá que el oro (el que está abajo) tiene una estructura atómica más compleja (mayor cantidad de protones/neutrones en el núcleo y mayor cantidad de orbitales con electrones) su configuración electrónica de las últimas capas es idéntica:

Oro(Au) Z = 79

 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d⁹

Plata (Ag) Z = 47

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d⁹

Todos estos numeritos son los orbitales de los átomos. Acá resulta claro que el “culpable” del color del oro y la plata es la transición del penúltimo orbital d al último s liberando energía (luz/fotones) en el proceso. Para la plata, la energía emitida en el cambio de 4d a 5s está en el rango del ultravioleta por lo que la región del espectro visible no son absorbidas y sí reflejadas; y como sabemos, nos devuelve el color blanco que es la mezcla de todos los colores del espectro.

Esta situación debería pasar con el oro ya que la transición es 5d a 6s peeero, y siempre hay un pero, esto en la práctica no sucede. Como los que nos gusta la física sabemos, una de las consecuencias de la relatividad especial es que si un objeto aumenta su velocidad también lo hace su masa total. Al nivel más cercano al núcleo, los electrones tienen velocidades cercanas a la de la luz y por ende son en promedio un 20% más masivos que en reposo. Al aumentar su masa, por conservación del momento angular, se reduce su radio. La “distancia” entre los niveles 4d-5s (plata) y 5d-6s (oro) que en teoría debieran ser iguales no lo es porque al estar en diferentes niveles energéticos, las velocidades son diferentes y con ello las contracciones de los orbitales. Para la transición 4d-5s la distancia es menor que para la 5d-6s y por ello la diferencia de energía para pasar de un estado al otro. Esos nanometros de “recorte” hacen que lo que antes era una transición en la escala del ultravioleta entre ahora en el borde del espectro visible (azul). Siguiendo con la lógica, cuando uno ilumina el oro, absorbe el azul y refleja el resto del espectro que en su combinación de colores da el amarillento como resultado.

Lo loco de cuando uno estudia en la facultad la teoría especial de la relatividad parece no encontrarle sentido práctico a nuestro día a día sin darse cuenta que algo tan básico como los colores de las cosas está afectado por ella. Por eso es que vuelvo a recomendar el primer enlace que les dejé porque describe muchas otras situaciones del día a día donde esta teoría tiene su influencia (por ejemplo, por qué el mercurio es líquido) y en las cuales nosotros no somos realmente conscientes.