走进科学
黄金为何如此柔软
黄金是最具可锻性的元素，但是背后的科学原理是什么呢？
©pixabay
英国密尔顿凯恩斯的开放大学的化学家Mike Bullivant说，黄金是最具可锻性的元素。根据英国利兹大学1977年的一项研究，黄金的可锻性非常高，可以锤打得比可见光波长还要薄。但是，为什么黄金如此可塑呢？
首先，需要区分可锻性和柔软性。可锻性是衡量材料在不断锤打成新形状时不会断裂的程度。根据弗吉尼亚州纽波特纽斯的杰斐逊实验室的说法，其他金属在被敲打到一定程度后会破碎，而一盎司(28克)的黄金可以锤打成一张大约5米长的薄片，而被称为金箔的黄金薄膜可以薄到五百万分之一英寸(0.000127毫米)，约为人类头发的400分之一。
相比之下，柔软性和硬度有多种定义，取决于如何测试材料的强度。根据莫氏硬度表，衡量材料抵抗划痕的能力，最柔软的金属是铯，根据吉尼斯世界纪录，它足够柔软以至于可以用黄油刀切割。最柔软的金属可能是汞，化学顾问兼美国化学学会会员Mark Jones说，汞“在室温下是液体，比黄金更容易变形，它比黄金更柔软。
是什么使黄金具有可锻性
以色列巴伊兰纳米技术与先进材料研究所的电光工程师和主任Dror Fixler表示，黄金的可锻性可能源于两个因素：其原子结构和原子之间的结合方式。
Fixler说，黄金的原子结构使其具有所谓的面心立方晶体结构。“在这种结构中，每个原子周围都有12个相邻原子，面心立方晶格中的原子排列使得容易变形而不会破坏整体结构。”
此外，黄金是一种金属。这意味着它的原子通过金属键结合在一起，每个原子的最外层电子可以在整个材料的结构中自由移动。“这种离域电子云使得原子之间可以轻松滑动，使金属具有可锻性，”Fixler说。
然而，Jones对这些因素是否足以解释黄金的可锻性表示怀疑。“铜和银具有相同的电子配置，”他说。“它们的结合方式相同。它们不像黄金那样柔软。这意味着还有其他因素起作用。”
金属通常不是一个大晶体，而是由小晶体颗粒组成。利兹大学1977年的研究表明，黄金形成的晶粒大小可能有助于解释其可锻性。
众所周知，黄金不容易与其他元素发生化学键合。这意味着黄金的晶粒表面没有像铜和银晶粒那样被氧化物层覆盖。这些氧化物使得铜和银晶粒更容易破碎。相比之下，黄金没有这些氧化物可能有助于保持其比其他金属更具可锻性。
本文译自 Live Science，由 BALI 编辑发布。