なぜ金属は輝くのか？

不思議な金属の性質

マイケル・アランダ氏：「輝き」ほど私たちの目を奪うものはありません。とくに金属の輝きについては、右に出るものはありませんね。

鏡から宝石にいたるまで、金属はその輝きが重宝されてきました。金などはまさにそうですね。

こうした輝きは金属の持つ性質によって生じるきちんとした理由があります。持っている電子が急激に向きを変えることによって生じるのです。

金属原子の最外殻電子は、弱い力で原子核にとどまっているに過ぎません。たくさんの金属原子が寄り集まってひとかたまりになると、この最外殻電子では自由に動き回ります。科学者たちは、プラスに電荷されたイオンの周りをマイナス電荷である「電子の海」が覆っていると表現します。

こうした「海」の動きは、金属を金属たらしめている大きな要素です。例えば、金属をハンマーで叩いて砕かずに形を変えることができるのも、電子が別の原子核の場所を埋め合わせるように動くことができるおかげです。

さらにこの自由電子は電気をよく通す性質も持っています。金属が輝きを持つのはこれが理由です。

「輝き」を放っているというのは、つまり光を反射させているということです。ですが、なにもテニスボールが跳ね返るように光が表面で反射しているわけではありません。

光の波が電子の海にぶつかると、電子は光の波が持つエネルギーを吸収してわずかに揺らめきます。

この揺らめきが瞬間的な光を放ち、表面から放出されてわたしたちには輝いて見えるというわけです。

自由電子を持つ金属はとくに、こうした電子が揺らめくことで光を出しやすい性質を持っています。ですが、金属によってその輝き方は異なります。

電子の海の広がりや密度は金属によって異なるため、自由電子がどの程度動き回れるかも異なってきます。つまり、入ってきた光の波によってどの程度揺らめくかも異なります。

ほとんどの金属が銀色に輝くのは、可視光のほとんどを反射させるからです。ですが完全に反射させるわけではないため、真っ白な光と比べるといくぶん暗い光になります。

金や銅といった金属は青色の光を反射させないため、赤っぽかったり黄色がかかった色合いになります。

また、紫外線やX線といった高いエネルギーの光も反射させるとは限りません。光の波を金属が反射するか透過させるかは、金属の種類やその分厚さによって左右されます。

例えば銀は、初期の鏡として使われていたことからもわかる通り、可視光を最もよく反射させる金属の1つです。

ですが紫外線には無力です。あなたを銀の箱に閉じ込めて直射日光の下に置けば、完全に真っ暗であっても日焼けします。

あくまで例えばの話ですよ。

スズやアルミは紫外線を反射させやすいため、天井の部材によく使われています。一方で鉛は、ほとんどの金属を通り抜けるX線を反射させるため、病院でX線を当てたくない部位を守るために使われています。スーパーマンが鉛を透視できないのはこれが理由ですね。

金属が輝きを放つ理由はいくつかありますが、基本はすべて同じです。電子たちが動き回っているからですね。