Zašto je zlato žut metal?

Kao i svaki drugi hemijski element i zlato poseduje jedinstvena svojstva koja ga čine sjajnim žutim metalom. Zahvaljujući njima, njega je veoma teško falsifikovati. Zlato poseduje specifičnu gustinu, koja iznosi 19,3 grama po centimetru kubnom, što je svojstvo koje ne poseduje nijedan drugi metal. Ovo njegovo svojstvo otkrio je Arhimed još u drevna vremena. Teško da je ovaj veliki matematičar otkrio tačnu gustinu zlata, ali on je svojim eksperimentima dokazao vladaru Sirakuze da njegova kruna nije izrađena od čistog zlata.

Više o ovoj temi: Šta je novac

U članku koji sledi razmotrićemo, međutim, neka druga svojstva zlata kojima ono duguje svoj sjaj i žutu boju. Ona zlato čine vizuelno privlačnim, te je zbog toga, kao i teškog dobijanja i falsifikovanja postalo traženi metal za izradu nakita, a zatim i novca.

Štaviše, ono nije promenilo taj svoj status traženog proizvoda od osvita ljudske istorije, pa do danas. Zlato je predmet interesovanja čovečanstva hiljadama godina i oduševljenje koje ono izaziva, izgleda, ne jenjava. Ono što je takođe interesantno jeste da se čini da što je zlato starije, to je i traženije.

Igra elektrona ili zašto su metali sjajni

Kod metala oko pozitivno naelektrisanog jezgra kruže slabo povezani negativno naelektrisani elektroni. Kada se formiraju sami metali, u spoju tog mnoštva elektrona koji kruže oko jezgra atoma (sačinjenih od pozitivnih protona i negativnih neutrona), dolazi do nastanka onoga što se u nauci naziva „morem elektrona“, u kome elektroni nisu direktno povezani ni sa jednim posebnim atomom.

Atomi koji predstavljaju čestice metala mogu se kretati prema drugim atomima, a da se pritom ne narušava veza među njima. To jest, ne dolazi do razaranja metala prilikom njihovog kretanja. Nije reč o vezi na nivou molekula i većina metala imaju slične karakteristike, kao što su visoka električna provodljivost, visoka temperatura topljenja, tvrdoća i kovnost.

Svetlost je elektromagnetni talas. Kada se ona odbije o površinu metala, usled njenog elektromagnetnog polja nastaje „efekat talasa“ u moru elektrona. Oni apsorbuju energiju talasa, koji je obično iz spektra ultraljubičaste svetlosti, i počinju da vibriraju.

Vibrirajući, negativno naelektrisani elektroni u tom „moru“ stupaju u interakcije među sobom. Tako nastaje električno polje. Ali to nije jedini fenomen do koga dolazi. Da je tako, onda bi svaki put kad svetlost padne na metal i neki čovek ga dodirne, dolazilo do blagog strujnog udara.

Elektroni zapravo stvaraju drugi talas svetlosti. Nakon čega nastaju dva efekta. Prvo, tako ukupno električno polje metala ostaje nula. Zato metali ne izazivaju strujni udar. Drugo, mi vidimo taj talas. Tako se stvara metalni sjaj koji nam je poznat i koji određuje „boju“ metala.

Pre kvanta: Zašto zlato sija drugačije

Drugi talas koji se stvara u moru elektrona zapravo je spoj talasa veoma različitih dužina iz vidljivog spektra. One nisu istih proporcija, ali pošto uključuju ceo spektar, većina metala ima sivkasto-beli odsjaj.

Ali odsjaj zlata je drugačiji. Da bismo shvatili zašto, treba zaroniti malo dublje u zakone fizike.

Više o ovoj temi: Kako Bazel III može dovesti do rasta cene zlata

Atomski broj zlata (Au) u Mendeljejevljevom periodnom sistemu je 79, samim tim u jezgru jednog atoma zlata nalazi se 79 neutrona i 79 protona. Zahvaljujući tome, ono je dosta gust (što smo objasnili na početku) i težak žut metal. To, međutim, takođe znači da elektroni moraju da rade veoma naporno da ne bi udarili u jezgro usled privlačenja elektrostatičkog polja.

Ovaj fenomen za ScienceABC opisuje Sanjukta Mondal:

Prema modelu atoma Nilsa Bora, elektroni se kreću oko jezgra u orbitama. Oni konstantno održavaju određenu količinu kinetičke energije da ih ne bi privuklo jezgro. Zamislite šta će se desiti ako vežete kamen kanapom i počnete da ga vrtite. On će se držati na određenom odstojanju od centra sve dok kruži oko njega u orbiti, ali kada prestanete da ga vrtite, pašće  upravo u centar spiralnim pokretima.

Taj „naporni rad“ znači da treba da se kreću veoma brzo. Zapravo elektroni u atomu zlata kruže u orbiti oko jezgra brzinom koja je jednaka približno polovini brzine svetlosti. Kao što znamo na osnovu Ajnštajnove teorije relativnosti (E=mc²), što je brzina jedne čestice bliža brzini svetlosti, to ona postaje teža. Iz tog razloga raste i masa elektrona koji kruže oko jezgra atoma zlata. Računica pokazuje da zahvaljujući svojoj brzini oni povećavaju svoju težinu za otprilike jednu petinu.

Ali budući da su elektroni sada teži, radijus po kome se kreću oko jezgra se smanjuje. U fizici se to naziva Borov radijus. Zbog njegovog smanjenja usled povećanja mase elektrona zlato ima karakterističan žuti sjaj.

Na scenu stupa kvantna fizika

Ova logika, međutim, sama po sebi nije dovoljna. Ako je jedini razlog za to što je zlato žut metal njegov atomski broj, zar ne bi trebalo da olovo, koje ima 82 protona i 82 neutrona u svom jezgru bude još više žuto?

Ovde stupa na scenu kvantna fizika, po kojoj se elektroni zamišljaju kao kvanti i talasi koji kruže u oblaku. Ovo ponašanje objašnjava se atomskom orbitalom. U zavisnosti od toga u kom sloju se nalaze elektroni u odnosu na orbitalu oni imaju različit oblik. Najjače privlačenje od strane pozitivno naelektrisanih protona u jezgru atoma osećaju sferne s orbitale koje se nalaze u najudaljenijem sloju elektrona.

Usled jače privlačnosti jezgra atoma, smanjuje se jačina privlačnosti u odnosu na elektrone u drugim slojevima. Zato se udaljenost između poslednjeg sloja elektrona (onog u s orbitalama) i pretposlednjeg sloja (u d orbitalama) smanjuje.

Vratimo se opisu iznad. Svetlost pada na zlato i ono je apsorbuje. Ali budući da je rastojanje među orbitalama različitih slojeva manje zbog različitih sila koje ih privlače ka jezgru, potrebno je manje energije da bi ona stigla od d orbitala do s orbitala.

Upravo to čini zlato jedinstvenim u poređenju sa većinom metala i iz tog razloga ono nema tipičan sivkasto-beli odsjaj. Zbog manje energije koju zlato upija, ona više nije u ultraljubičastom, već u plavo-ljubičastom spektru. Zato taj drugi svetlosni talas, koji zlato emituje i koji mi vidimo, sadrži sve boje iz vidljivog spektra osim plave i ljubičaste.

Drugim rečima, talasi koje mi vidimo nalaze se u crveno-zelenom spektru. Kao što znamo sa časova likovnog, kombinacijom crvene i zelene dobijamo žutu. Zato je zlato žut metal.

Nije samo žut metal – kako se dobijaju druge „vrste“ zlata

Ponekad se govori i o drugim vrstama zlata pored žutog metala. One se razlikuju ne samo po boji već i svom sastavu. Dve najpopularnije su belo zlato i roze zlato, koje se koriste uglavnom za nakit i rasprostranjene su i kod nas.

Različite nijanse ovih vrsta zlata potiču od njihovog sastava. Belo zlato je obično legura od 75% pravog zlata i 25% drugih metala, kao što su nikl, cink i ređe paladijum, rodijum ili srebro. Ono je stvoreno kao svojevrsna imitacija platine. Legurom od 75% čistog zlata i 25% bakra nastaje manje popularno crveno zlato. Ali ako se bakru doda i srebro, već govorimo o roze zlatu. Koliko će ono biti roze zavisi od odnosa dvaju metala.

U spisku koji sledi pronaći ćete sve moguće boje zlata:

• Belo zlato
• Roze zlato
• Žuto zlato
• Plavo zlato
• Zeleno zlato
• Ljubičasto zlato
• Crno zlato
• Sivo zlato

Kod njih se teško može govoriti o konkretnoj ceni zlata, budući da su primese obično različite vrednosti, svaki zlatar ima svoju maržu i ti proizvodi se oporezuju porezom na dodatu vrednost za razliku od investicionog zlata. Zlato u boji obično ima između 10 i 18 karata. To je jedan od razloga što ono ne spada u investiciono zlato za koje je zakonom propisano da treba da ima visok sadržaj čistog zlata i predstavlja najbolji oblik ulaganja u zlato.

Više o ovoj temi: Šta je investiciono zlato

Kako to onda neke investicione zlatne kovanice imaju drugačiju nijansu? Razlog je što neke od njih sadrže mali deo drugih metala da bi se manje habale, jer su korišćene za plaćanje u svakodnevnom životu. Među tim metalima često su bakar, bronza i srebro. Obično su zlatne kovanice čistoće .900 tj. sadrže 90% čistog zlata, kao što je slučaj sa zlatnim francuskim francima i austrijskim dukatima, ili .917, kao kod britanskog suverena. Danas se sa tom čistoćom proizvode južnoafrički Krugerrand, Suveren i Američki orao. Iako se ne koriste za svakodnevna plaćanja, kovnice novca ih izrađuju u skladu sa tradicijama anglosaksonskog sveta, gde takva čistoća kovanica od 22 karata, odnosno .917 datira još iz vremena Henrija VIII.