چرا طلا زرد است و نقره سفید؟

رنگ طلا و نقره به نحوهٔ برهم‌کنش الکترون‌های آن‌ها با نور مربوط است. زیر نور سفید، سطح فلز همهٔ طول موج‌ها را به یک اندازه بازتاب نمی‌دهد. طلای خالص بخش آبی طیف را کمتر از بخش قرمز و سبز بازتاب می‌دهد و زرد دیده می‌شود؛ نقرهٔ تمیز در محدودهٔ مرئی بازتاب یکنواخت‌تری دارد و سفیدِ فلزی به نظر می‌رسد. برای فهم این تفاوت باید به «نوارهای انرژی» نگاه کنیم؛ مجموعه‌هایی از حالت‌های مجاز الکترونی در فلز جامد. الکترون می‌تواند با جذب فوتونی با انرژی مناسب، از یک حالت اشغال‌شده به حالتی خالی منتقل شود. انتقال میان دو نوار، «گذار بین‌نواری» نام دارد و در کنار پاسخ الکترون‌های رسانش، طیف جذب و بازتاب فلز را شکل می‌دهد. در طلا، گذار الکترون‌ها از نوار 5d به حالت‌های خالی نوار 6sp در جذب نور مرئی نقش مهمی دارد. جذب در بخش آبی و بنفش افزایش می‌یابد و توازن نور بازتابیده به سمت رنگ‌های گرم‌تر می‌رود. در نقره، گذارهای متناظر عمدتاً به انرژی‌های بالاتر و محدودهٔ فرابنفش مربوط‌اند؛ بنابراین، این کاهش بازتاب در بخش آبیِ مرئی به شدت طلا رخ نمی‌دهد. بخش مهمی از تفاوت طلا و نقره به اثرات نسبیتی مربوط است. در عنصر سنگینی مانند طلا، وارد کردن این اثرات در محاسبات، انرژی حالت‌های الکترونی و فاصلهٔ نوارهای درگیر در جذب را تغییر می‌دهد. در یک پژوهش محاسباتی، آغاز گذارهای بین‌نواری طلا از حدود ۳٫۵ الکترون‌ولت در محاسبهٔ غیرنسبیتی، به حدود ۱٫۹ الکترون‌ولت با لحاظ کردن نسبیت منتقل شد. الکترون‌ولت واحد انرژی در مقیاس اتمی است و این جابه‌جایی، آغاز گذارها را وارد محدودهٔ مرئی می‌کند. این اعداد نتیجهٔ همان مدل‌اند؛ رنگ نهایی از شکل کامل طیف بازتاب به دست می‌آید. این توضیح برای آلیاژهای زیورآلات هم اهمیت دارد. افزودن نقره به طلا، پاسخ الکترونی و ویژگی‌های طیفی آلیاژ را تغییر می‌دهد. اندازه‌گیری‌های نوری روی آلیاژهای طلا–نقره نشان داده‌اند که ویژگی‌های طیف با تغییر ترکیب جابه‌جا می‌شوند. بنابراین، برای بررسی علمی رنگ یک آلیاژ باید ترکیب شیمیایی و طیف بازتاب آن را در نظر گرفت؛ مشاهدهٔ رنگ با چشم، به‌تنهایی اندازه‌گیری دقیقی از درصد طلا نیست.