铜片在X光下显示什么颜色

在人们的印象中，金属铜是紫红色的，故金属铜有赤铜、红铜和紫铜之称。化学手册和教科书关于金属铜的颜色的记述则有如下几种：红色、紫红色、玫瑰红色和棕红色。这些记述大同小异，都描绘了金属铜Z基本的色调——红色。但也有书认为铜也可以是黄色的。Z近，A．H．盖勒罗等人在美国《化学教育杂志》上撰文（下称盖文）认为：Cu是黄色的，Cu的淡红色是在空气中很易生成的Cu2O所致。其根据有三个：①磷青铜呈黄色；②从Cu2O基体的特殊显微照片中看到Cu的黄色针状结晶；③预热至红热后的铜条在甲醇或丙酮蒸气中能显示出明亮的黄色。 由此看来，关于金属铜的颜色仍是一个有争议的问题，很有澄清的必要。笔者拟通过对盖文的辨析谈谈自己对这一问题的看法。盖文作者把磷青铜的黄色当成金属铜原本的颜色与金属锡和铝的白色混合后产生的居间颜色，显然是把这种合金的形成简单地看成是黄色颜料与白色颜料的调合，这是不恰当的。事实上，即使是两种结构相同，而且彼此能以各种比例互相溶解的金属，它们的合金能呈现居间颜色的情况并不多。在大多数合金系统中，由于可能出现新的晶体结构，合金的颜色往往发生意想不到的变化。例如，在Au中加入某些白色金属，所形成的合金的颜色会因金属的不同而异：加入Fe，呈蓝色；加入Al，呈绛紫色。有的情况下，甚至所加白色金属的量也会使合金呈现截然不同的颜色：在Au中加入少量Ag、合金仍呈黄色；加入25％的Ag，合金则变成绿色。又如，Cu与Zn的合金——黄铜，呈黄色，但在Au中加入Cu与Zn后，合金却呈白色。可见，根据合金的颜色来推断组分金属的颜色是不可靠的。 通常，我们所说金属的颜色，是指在自然光下凭肉眼直接观察到的色彩。盖文作者所见的彩色照片，不管它是如何摄制的和是否经过复制，它毕竟是经过处理的彩色图象，因此，不能作为Cu是黄色的这一结论的有力证据。 为了验证盖文的第三个根据，笔者用3块表面平滑的紫铜片（厚度分别为0.5、1.5、3.0mm，宽、长均为2cm、4.5cm），用150mL烧杯代替结晶皿，用酒精喷灯作热源反复进行了盖文的实验。下面是实验的详细过程。 将未除去氧化膜（Cu2O），表面呈暗紫红色的铜片置于灯焰上加热至红热后，离开火焰（铜片表面呈黑色），迅速悬挂在盛有少量甲醇（液层厚度约3mm）的烧杯内，这时可闻到甲醛辛辣的气味。如此重复5次。经过前4次的操作（热铜片每次在杯内停留约20s），杯内的甲醇已被温热，甲醇蒸气的浓度较大，当第五次将红热的铜片悬挂在杯内时，红热的铜片的表面在较高浓度的甲醇蒸气的作用下呈现出浅紫红色，这是因为发生了如下反应： CH3OH+CuO=HCHO+H2O+Cu 由于反应是放热的，所以铜片保持了不长的一段时间的高温，在这段时间，铜片时而呈红热状态的暗红色，时而呈浅紫红色，但从未出现过盖文所说的明亮黄色。随后，铜片的温度逐渐下降，其表面局部地方慢慢出现了棕红、橙、黄、绿、蓝、紫等彩色，而大部分表面呈现红褐色。冷却至室温时，各种颜色保持不变。用乙醇代替甲醇做上述实验，也能得到类似的结果。丙酮则否。由此可见，盖文的实验结果是不确实的。笔者发现，将红热的铜片浸入甲醇或乙醇中，使铜片表面的CuO还原为浅紫红色的Cu后，再置于灯焰上加热，当铜片表面刚出现正在不断漫延的金黄色时，立即离开灯焰悬挂在盛有甲醇或乙醇的烧杯内，铜片表面就会出现大片很美丽的彩虹般色彩，这色彩与上述实验出现的相同，其中黄色的多寡与加热强度有关，温度越高，黄色越少，蓝紫色越多，直至完全呈黑色。进一步的试验表明，这彩色的形成与热铜片是否处于还原性气氛中无关，在电炉上加热也能得到同样的结果，关键是要除去铜片表面的氧化膜。将表面呈彩色的铜片浸入冷的稀硫酸（100％）中，彩色表层迅速溶解，复露出Cu的浅紫红色。鉴于未见CuO可呈现除黑色以外的其它颜色的记载，而Cu2O则随晶粒大小的不同可呈现各种不同的颜色，笔者初步认为这层彩色物质可能是铜片的新鲜表面在不太高的温度下与O2作用生成的Cu2O。 除了上面用甲醇或乙醇（气态或液态）还原红热状态的CuO的实验外，我们还可以在氢气还原CuO、铁钉或锌片浸入CuSO4溶液中置换出Cu等教学实验中看到Cu的紫红色。如果说，在这几个实验中所见到的紫红色都是Cu2O的颜色的话，那么，金属铜在下面这个试验中所显露的颜色应该说是不容置疑的。 用一把锋利的木工凿用力地刮去铜块的表层，铜块新鲜刮面上显露的仍是紫红色。由此联想一下用小刀割金属钠或钾的情形：虽然Na和K都是很活泼的金属，在空气中，它们的表面会被O2迅速氧化，但是，在它们的新鲜切面上，我们仍来得及清楚地看到它们的本色。与Na、K相比，Cu是一种非常稳定的金属，在常温下，它在空气中被氧化成紫红色的Cu2O的速率远不如Na和K生成Na2O和K2O快，所以，可以肯定，铜块新鲜刮面上的紫红色就是Cu的本色，不是Cu2O的颜色。 综上所述，笔者认为，盖文关于“Cu是黄色的，Cu的淡红色是在空气中很易生成的Cu2O所致”的结论是错误的，块状金属铜及其在常温下被空气的O2氧化所生成的Cu2O膜都是紫红色的，不过后者的颜色更深更暗些。粉未状金属铜的颜色则与Cu2O的极为相似，两者很难区别。