銅是什麽顏色？

在人們的印象中，金屬銅是紫紅色的，所以金屬銅被稱為紫銅、紅銅、紅銅。化學手冊和教科書對銅的顏色描述如下:紅色、紫色、玫瑰色和棕色。這些記述大同小異，都描述了金屬銅紅最基本的色調。但也有書說銅也可以黃。最近，A.H. Gellero等人在《美國化學教育雜誌》(以下簡稱Gavin)上撰文指出，Cu是黃色的，其泛紅的顏色是由空氣中容易生成的Cu2O造成的。原因有三:①磷青銅發黃；②從Cu2O基體的特殊顯微照片中可以看到黃色針狀的Cu晶體；③預熱到紅熱的銅棒在甲醇或丙酮蒸汽中能顯示亮黃色。從這個角度來看，金屬銅的顏色仍然是壹個有爭議的問題，有必要澄清壹下。筆者打算通過對加文的分析，談談自己對這個問題的看法。加文將磷青銅的黃色視為銅的原色與錫和鋁的白色混合產生的中間色。顯然，把這種合金的形成簡單地看成是黃色顏料和白色顏料的混合，是不恰當的。事實上，即使兩種金屬結構相同，能以各種比例互溶，其合金能呈現中間色的情況也不多。在大多數合金系統中，由於新晶體結構的可能性，合金的顏色經常發生意想不到的變化。比如在Au中加入壹些白色金屬，合金的顏色會隨著金屬的不同而不同:加入Fe，會呈藍色；加入Al，它是紫紅色的。在某些情況下，即使是白色金屬的加入量，也會使合金呈現完全不同的顏色:少量的Ag加入Au中，合金仍然是黃色的；當加入25%的銀時，合金變成綠色。再比如銅和鋅的合金——黃銅，是黃色的，但是在金裏面加入銅和鋅之後，合金是白色的。可見，根據合金的顏色來推斷成分金屬的顏色是不可靠的。通常我們說金屬的顏色，是指在自然光下肉眼直接觀察到的顏色。加文看到的那張彩色照片，不管是怎麽拍的，有沒有復印，畢竟是經過處理的彩色圖像，不能作為Cu是黃色的結論的有力證據。為了驗證加文的第三個依據，作者用三塊表面光滑的銅片(厚度分別為0.5、1.5、3.0mm，寬和長分別為2cm和4.5cm)，用150mL燒杯代替結晶皿，用酒精噴燈作為熱源，反復進行加文的實驗。以下是實驗的詳細過程。將表面呈暗紫紅色的銅片不去除氧化膜(Cu2O)放在燈焰上加熱至紅熱，然後離開火焰(銅片表面呈黑色)迅速掛在盛有少量甲醇的燒杯中(液層厚度約3mm)。這時可以聞到甲醛的刺鼻氣味。重復五次。前四次操作後(每次熱銅片在杯中停留時間約20s)，杯中的甲醇已被加溫，甲醇蒸氣濃度較高。當紅熱的銅片第五次掛在杯中時，紅熱的銅片在高濃度甲醇蒸氣的作用下，表面呈現出淡淡的紫紅色，這是因為發生了以下反應:CH3OH+CuO=HCHO+H2O+Cu，由於反應是放熱的，隨後，銅片的溫度逐漸降低，其表面出現棕紅色、橙色、黃色、綠色、藍色、紫色等壹些顏色，而大部分表面呈紅褐色。當冷卻到室溫時，所有顏色保持不變。用乙醇代替甲醇做上述實驗也能得到類似的結果。丙酮不是。可見加文的實驗結果並不真實。作者發現，將燒紅的銅片浸入甲醇或乙醇中，銅片表面的CuO還原成淺紫紅色的Cu，然後在燈焰上加熱。當銅片表面剛出現蔓延的金黃色時，立即離開燈焰，掛在裝有甲醇或乙醇的燒杯中，銅片表面出現大面積美麗的彩虹般的顏色，與上述實驗相同。黃色的量與加熱強度有關。溫度越高，黃色越淡。進壹步的實驗表明，這種顏色的形成與熱銅片是否處於還原氣氛無關，在電爐中加熱也能得到同樣的結果。關鍵是去除銅片表面的氧化膜。將表面著色的銅片浸入冷的稀硫酸(100%)中，著色的表層迅速溶解，重新露出Cu的淺紫色。鑒於沒有記載CuO能以除黑色以外的其他顏色出現，而Cu2O能以不同粒徑的不同顏色出現，作者初步認為這種有色物質可能是低溫下銅片新鮮表面與O2相互作用生成的Cu2O。除了上述用甲醇或乙醇(氣體或液體)還原赤熱狀態的CuO的實驗外，在用氫氣還原CuO、將釘子或鋅片浸入CuSO4溶液中代替Cu等教學實驗中，也可以看到Cu的紫紅色。如果說這些實驗中看到的紫紅色是Cu2O的顏色，那麽下面實驗中銅的顏色應該說是毋庸置疑的。用鋒利的木工鑿刮銅塊表面，新鮮刮下的銅塊表面仍呈紫色。想想用小刀切割金屬鈉或鉀的情況:雖然鈉和鉀都是非常活潑的金屬，但它們的表面會被空氣中的O2迅速氧化，我們還有時間在它們的新鮮切片上看清它們的本來面目。與鈉和鉀相比，銅是壹種非常穩定的金屬。在室溫下，它氧化成紫紅色Cu2O的速率遠小於鈉和鉀生成Na2O和K2O的速率。所以可以肯定的是，銅塊剛刮出來的表面紫紅色是Cu的本色，而不是Cu2O的顏色。綜上所述，筆者認為加文的“Cu是黃色的，Cu的紅顏色是由Cu2O引起的，Cu2O在空氣中容易生成”的結論是錯誤的。室溫下O2在空氣中氧化生成的塊體金屬銅及其Cu2O膜呈紫紅色，但後者顏色越來越深。銅粉的顏色和Cu2O很像，很難區分。