銅是什麽顏色？

在人們的印象中，金屬銅是紫紅色的，故金屬銅有赤銅、紅銅和紫銅之稱。化學手冊和教科書關於金屬銅的顏色的記述則有如下幾種：紅色、紫紅色、玫瑰紅色和棕紅色。這些記述大同小異，都描繪了金屬銅最基本的色調——紅色。但也有書認為銅也可以是黃色的。最近，A．H．蓋勒羅等人在美國《化學教育雜誌》上撰文（下稱蓋文）認為：Cu是黃色的，Cu的淡紅色是在空氣中很易生成的Cu2O所致。其根據有三個：①磷青銅呈黃色；②從Cu2O基體的特殊顯微照片中看到Cu的黃色針狀結晶；③預熱至紅熱後的銅條在甲醇或丙酮蒸氣中能顯示出明亮的黃色。 由此看來，關於金屬銅的顏色仍是壹個有爭議的問題，很有澄清的必要。筆者擬通過對蓋文的辨析談談自己對這壹問題的看法。蓋文作者把磷青銅的黃色當成金屬銅原本的顏色與金屬錫和鋁的白色混合後產生的居間顏色，顯然是把這種合金的形成簡單地看成是黃色顏料與白色顏料的調合，這是不恰當的。事實上，即使是兩種結構相同，而且彼此能以各種比例互相溶解的金屬，它們的合金能呈現居間顏色的情況並不多。在大多數合金系統中，由於可能出現新的晶體結構，合金的顏色往往發生意想不到的變化。例如，在Au中加入某些白色金屬，所形成的合金的顏色會因金屬的不同而異：加入Fe，呈藍色；加入Al，呈絳紫色。有的情況下，甚至所加白色金屬的量也會使合金呈現截然不同的顏色：在Au中加入少量Ag、合金仍呈黃色；加入25％的Ag，合金則變成綠色。又如，Cu與Zn的合金——黃銅，呈黃色，但在Au中加入Cu與Zn後，合金卻呈白色。可見，根據合金的顏色來推斷組分金屬的顏色是不可靠的。 通常，我們所說金屬的顏色，是指在自然光下憑肉眼直接觀察到的色彩。蓋文作者所見的彩色照片，不管它是如何攝制的和是否經過復制，它畢竟是經過處理的彩色圖象，因此，不能作為Cu是黃色的這壹結論的有力證據。 為了驗證蓋文的第三個根據，筆者用3塊表面平滑的紫銅片（厚度分別為0.5、1.5、3.0mm，寬、長均為2cm、4.5cm），用150mL燒杯代替結晶皿，用酒精噴燈作熱源反復進行了蓋文的實驗。下面是實驗的詳細過程。 將未除去氧化膜（Cu2O），表面呈暗紫紅色的銅片置於燈焰上加熱至紅熱後，離開火焰（銅片表面呈黑色），迅速懸掛在盛有少量甲醇（液層厚度約3mm）的燒杯內，這時可聞到甲醛辛辣的氣味。如此重復5次。經過前4次的操作（熱銅片每次在杯內停留約20s），杯內的甲醇已被溫熱，甲醇蒸氣的濃度較大，當第五次將紅熱的銅片懸掛在杯內時，紅熱的銅片的表面在較高濃度的甲醇蒸氣的作用下呈現出淺紫紅色，這是因為發生了如下反應： CH3OH+CuO=HCHO+H2O+Cu 由於反應是放熱的，所以銅片保持了不長的壹段時間的高溫，在這段時間，銅片時而呈紅熱狀態的暗紅色，時而呈淺紫紅色，但從未出現過蓋文所說的明亮黃色。隨後，銅片的溫度逐漸下降，其表面局部地方慢慢出現了棕紅、橙、黃、綠、藍、紫等彩色，而大部分表面呈現紅褐色。冷卻至室溫時，各種顏色保持不變。用乙醇代替甲醇做上述實驗，也能得到類似的結果。丙酮則否。由此可見，蓋文的實驗結果是不確實的。筆者發現，將紅熱的銅片浸入甲醇或乙醇中，使銅片表面的CuO還原為淺紫紅色的Cu後，再置於燈焰上加熱，當銅片表面剛出現正在不斷漫延的金黃色時，立即離開燈焰懸掛在盛有甲醇或乙醇的燒杯內，銅片表面就會出現大片很美麗的彩虹般色彩，這色彩與上述實驗出現的相同，其中黃色的多寡與加熱強度有關，溫度越高，黃色越少，藍紫色越多，直至完全呈黑色。進壹步的試驗表明，這彩色的形成與熱銅片是否處於還原性氣氛中無關，在電爐上加熱也能得到同樣的結果，關鍵是要除去銅片表面的氧化膜。將表面呈彩色的銅片浸入冷的稀硫酸（100％）中，彩色表層迅速溶解，復露出Cu的淺紫紅色。鑒於未見CuO可呈現除黑色以外的其它顏色的記載，而Cu2O則隨晶粒大小的不同可呈現各種不同的顏色，筆者初步認為這層彩色物質可能是銅片的新鮮表面在不太高的溫度下與O2作用生成的Cu2O。 除了上面用甲醇或乙醇（氣態或液態）還原紅熱狀態的CuO的實驗外，我們還可以在氫氣還原CuO、鐵釘或鋅片浸入CuSO4溶液中置換出Cu等教學實驗中看到Cu的紫紅色。如果說，在這幾個實驗中所見到的紫紅色都是Cu2O的顏色的話，那麽，金屬銅在下面這個試驗中所顯露的顏色應該說是不容置疑的。 用壹把鋒利的木工鑿用力地刮去銅塊的表層，銅塊新鮮刮面上顯露的仍是紫紅色。由此聯想壹下用小刀割金屬鈉或鉀的情形：雖然Na和K都是很活潑的金屬，在空氣中，它們的表面會被O2迅速氧化，但是，在它們的新鮮切面上，我們仍來得及清楚地看到它們的本色。與Na、K相比，Cu是壹種非常穩定的金屬，在常溫下，它在空氣中被氧化成紫紅色的Cu2O的速率遠不如Na和K生成Na2O和K2O快，所以，可以肯定，銅塊新鮮刮面上的紫紅色就是Cu的本色，不是Cu2O的顏色。 綜上所述，筆者認為，蓋文關於“Cu是黃色的，Cu的淡紅色是在空氣中很易生成的Cu2O所致”的結論是錯誤的，塊狀金屬銅及其在常溫下被空氣的O2氧化所生成的Cu2O膜都是紫紅色的，不過後者的顏色更深更暗些。粉未狀金屬銅的顏色則與Cu2O的極為相似，兩者很難區別。