금속 색상의 차이
우리가 귀금속인 금의 색상을 이야기 할때 눈부신 황금색이라고 표현합니다. 금은 간단히 말하자면 노란색을 하고 있습니다만, 페인트 등의 노란색과는 상당히 색감이 다릅니다. 그래서 우리는 금의 색상을 금색이라고 금속의 이름을 붙인 색으로 부르며, 일반적인 노란색과 구별하고 있습니다. 이것은 비단 금뿐만 아니라 은과 구리도 동일합니다. 은은 흰색이지만 은색, 구리는 빨간색이지만 구리색이라고합니다. 반대로 금, 은, 구리는 그 색으로부터 황금, 백은, 적동이라고도 표현합니다. 일반적으로 표면을 잘 연마한 금속이 빛을 반사할 때 보이는 특유의 광택을 금속광택이라고 합니다. 백색광을 프리즘으로 나누면 빛의 색 띠가 나타납니다만, 그 안에 금색, 은색, 구리색의 빛은 없습니다. 그러나 금속 광택이있는 노란 물체는 황금으로 보입니다. 마찬가지로 금속 광택이있는 흰색 물체는 은색으로, 빨간색 물체는 구리 색으로 보입니다. 노란색, 백색, 적색 도료에 금속 광택을 가진 분말을 혼합하면 금색, 은색, 구리 색의 도료를 만들 수 있습니다.
금속 광택의 구조
깨끗하게 닦은 금속 표면은 거울처럼 물건을 비춥니다. 거울은 유리의 뒷면에 은이나 알루미늄의 얇은 막을 붙인 것이므로 거울에 의한 빛의 반사는 금속 표면에서의 빛의 반사와 같습니다. 원자는 양전하를 띤 원자핵과 음전하를 띤 전자로 구성됩니다. 원자의 가장 바깥쪽에 있는 전자(최외각 전자)는 안쪽의 전자보다 원자핵으로부터의 인력이 약하기 때문에 원자와 원자가 가까워지면 특별한 작용을 합니다. 이 최외각 전자를 가전자라고 합니다. 금속 원자는 많이 모이면 가전자를 방출하여 양전하를 띤 금속 이온이 됩니다. 이때 방출된 가전자는 원자핵의 속박에서 벗어나 금속 안에서 자유롭게 이동할 수 있게 됩니다. 이처럼 자유롭게 이동할 수 있는 전자를 자유전자 라고 합니다. 자유 전자는 금속의 모든 금속 이온에 공유되는 상태가 됩니다. 이와 같이 금속 이온과 자유 전자로 이루어지는 결합을 금속 결합 이라고 부릅니다. 금속은 금속 결합에 의해 높은 전기 전도성과 열전도성, 전성과 연성, 금속 광택 등의 금속 특유의 성질을 가지고 있습니다. 금속 안에 있는 자유전자는 플라즈마 진동이라고 하는 특이한 진동을 합니다. 자유전자가 플라즈마 진동을 하는 한계의 진동수를 플라즈마 진동수라고 합니다. 금속의 표면에 빛이 닿을 때 빛의 진동수가 플라즈마 진동수보다 작은 경우에는 자유전자는 빛의 진동수에 따라 진동합니다. 이때 빛의 에너지는 자유전자의 진동에 사용되지만, 자유전자는 원래의 빛과 같은 진동수의 빛을 재방출합니다. 결과적으로 빛은 자유 전자에 의해 차단되어 금속으로 들어갈 수 없으며 자유 전자에 의해 금속 밖으로 튕겨져 나가는 형태가 되는데, 이것이 금속 광택을 생성합니다.
금속마다 색이 다른 이유
금속의 색은 빛의 반사가 가시광선의 어느 파장 영역에서 일어나고 있는지에 달려 있습니다. 금속이 금속광택을 가지는 것은 빛이 자유전자에 튕겨지기 때문입니다만, 플라즈마 진동수보다 큰 진동수의 빛은 금속 안으로 들어가게 됩니다. 플라즈마 진동수는 금속의 전자 밀도에 따라 다르므로 금속에 따라 반사되는 빛의 파장 범위가 달라집니다. 또한 금속에 들어간 빛은 원자핵에 묶인 전자에 흡수됩니다. 원자핵에 묶여있는 전자의 상태는 금속의 종류에 따라 다르므로 흡수되는 빛의 파장 또한 다릅니다. 알루미늄, 금, 은, 구리, 철 등의 금속들은 자외선에서 가시광선 영역의 빛의 반사율이 다른데, 알루미늄이나 은은 가시광선 전역의 파장의 빛을 잘 반사하므로 표면의 색이 은백색이 됩니다. 이것은 은과 알루미늄이 거울 재료에 사용되는 이유입니다. 금은 적색계와 녹색계의 빛을 반사하므로 황금색으로 보입니다. 구리는 적색계의 빛을 잘 반사하고, 청색계와 녹색계의 빛도 반사하기 때문에 백색을 띤 적색으로 보입니다. 철은 가시광선 전역을 반사합니다만 은이나 알루미늄에 비하면 반사율이 낮기 때문에, 엄밀하게는 회색을 띤 금속 광택이 됩니다만 구별하기는 어렵습니다. 또한 금속의 색상은 금속 표면의 상태에 따라 달라집니다. 금속 표면에 산화 피막 등이 생기면 금속의 색감이 바뀝니다.