Genaue Erklärung des Metallglanzes - Einige Fragen

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Hallo,

Der metallische Glanz entsteht durch Plasmonen im Elektronengas. Die Plasmonenfrequenz, welche unteranderem von der Elektronendichte des Elektrongases abhängt, gibt dabei die Frequenz an bei welchem das Elektrongas reflektriend wirkt. Für die meisten Metalle liegt diese Plsmafrequenz im nahen ultraviolet Bereich. Eine etwas bessere beschreibung findest du in der Einleitung dieses Artikels von Vasily Temnov und Ulrike Woggon

http://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=3&cad=rja&uact=8&ved=0CDQQFjAC&url=http%3A%2F%2Fwww.pro-physik.de%2Fdetails%2FarticlePdf%2F1102471%2Fissue.html&ei=vSXpU9C5Moew7Ab4oYHwDQ&usg=AFQjCNH4Iekj_EvuoUbWzjLMuCKE5ojNpg&sig2=2lccI_CZSN7fmXTgDI9zTw&bvm=bv.72676100,d.ZGU

Das hört sich für mich nach einer schlüssigen erklärung an... demnach wäre dann die "Elektronenwelle" die bei Nano-Partikeln von Gold die rote Farbe verursachen einfach die stehende Plasmonenwelle, welche die Frequenz hat, die der Farbe grün entspricht oder?

Danke für die Antwort!

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@mgausmann

Plasmonen sind Quasiteilchen und werden quantenmechanisch betrachtet. Man könnte sie als kollektive Elektronenschwinkung betrachten,. Ähnlich wie Phononen kollektive Gitterschwinkungen eines Kristallgitters sind. Nanopartikel sind räumlich bergenzt und daher tretten Quanteneffekte auf und verändern Eigenschaften. In diesem Fall wird die Plasmonenfrequenz durch die Dimensionen des nanopartikels geändert. Durch eine andere Plasmonenfrequenz werden Teile des sichtbaren Spektralbereichs des Lichtes nicht mehr reflektiert. So kommt es zu der anderen Farbe.

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@kowekowe

wow, du scheinst davon echt ahnung zu haben... danke!

Vermutlich zielt die Wellenerklärung über die Maxwell-Gleichungen, die hier schon desöfteren erwähnt wurden, in die gleiche Richtung, sodass beides dasselbe erklärt...

Super, Problem gelöst, Sternchen bekommste sobald wie möglich :)

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Metallglanz ist nur auf Kristallflächen und im polierten Zustand wahrnehmbar!
Beim Kristall werden durch den geordneten Zustand die Lichtwellen fast polarisiert zurückgeworfen und durch das Polieren wird meiner Meinung nach mit den freien Elektronen ein polarisiertes Feld aufgebaut, was die Lichtwellen ebenfalls homogen zurückwirft. Zumindest ist das meine Logik.

hmm, das was du meinst, ist zwar Glanz oder einfache Reflektion...metallischer Glanz unterscheidet sich von diesem (ist schwer zu beschreiben)...

Die Frage ist sowieso vielmehr, warum die Lichtwellen homogen zurückgeworfen werden. Denn die Photonen wechselwirken in jedem Fall zuerst mit den Elektronen, da diese beliebig angeregt werden können... einfache Reflektion ist das nicht, das passiert ja z.B. auch an Glas!

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@mgausmann

Glas glänzt ja auch, wenn es sauber ist!
Nein das mit den Kristallen und nur im polierten Zustand habe ich aus dem Brockhaus. Das andere sind meine logischen Erklärungen dazu.
Wiederum, bei einer frisch geschnittenen Fläche (Glanz) ist es ja wie frisch "poliert"!

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@mgausmann

Und du denkst, dass die "einfache" Reflexion an Glas einfacher ist? Ist dasselbe in Grün.

Das Wellenmodell zugrunde legend würde ich sagen,

...

...

...

...

dass es für heute auch reicht.

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@Zoelomat

wenn der Glanz bei Glas genauso zu erklären ist, muss man die Erklärung des HoWi aber getrost über den Haufen werfen, denn die Bandlücke im SiO2, würd einem da dann ja nen Strich durch die Rechnung machen...

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@mgausmann

Wahrscheinlich gibt es da andere Quasiteilchen. Freie Elektronen scheiden ja aus, somit die Plasmonen (Quanten des Plasmas?).

Aber irgendwelche Elektronenbewegungen müssen beteiligt sein, wenn man die Klassische Sicht zugrundelegt. Vielleicht werden einfach die Bindungselektronen ein bisschen verschoben, die Bindungen polarisaiert. Demnach müsste es Polaronen als Quasiteilchen geben. Ist aber nur spekuliert. Und Polaronen gibt es glaub ich wirklich, sind aber ganz was anderes.

Aber wenn man bedenkt, das Glas nur ca. 4 % reflektiert, sollte es nicht wundern, dass da fest gebundene Elektronen beteiligt sind.

Dann erst mal Glückwunsch zur erfolgreichen Prüfung, und schalt mal ab!

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Mag ja sein, dass manche Menschen sich nicht gern im Spiegel sehen.

Nur wenige Menschen aber treiben es so weit, schon deren Existenz aus theoretischen Erwägungen abzulehnen.

Im Ernst, und nach Verfliegen der ersten Entrüstung:

Wir unterhalten uns hier deutlich über dem Niveau eines Brockhaus. Und haben das Problem inzwischen sehr gut eingekreist. Und es deutet sich auch an, dass die verschiedenen Herangehesweisen zum selben Kern vordringen.

Und ich finde es auch anregend, dass wir alle irgendwie im Nebel stochern. Ich besonders bei "Plasmonen" und "komplexer Dielektrizitäts­konstante".

Du kannst gerne mitlesen und auch Nachfragen stellen, ist meine Einstellung. Aber sei ehrlich, mitreden kannst du hier nicht.

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@Zoelomat

Ohja, ich find das Thema auch echt interessant... besonders wie alle wissenschaftliche Gruppen das Phänomen vollkommen anders erklären (die Chemiker, Optiker, Elektriker, Physiker...)

Vermutlich hängt das aber alles zusammen und es erklärt dieselbe Sache nur aus verschiedenen Betrachtungsweisen ;)

Aber naja Brockhaus ist quasi wie Wikipedia für Arme: da steht halt quasi der Einleitungssatz von Wikipedia als erklärung (jedenfalls in dem Umfang)

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Ich erinnere mich mal, in einer Vorlesung gehört zu haben, daß das mit der Dielektrizitäts­konstanten zusammen­hängt. Die ist für Metalle komplex (der Imaginär­teil beschreibt Absorption, IIRC). Wenn das stimmt, dann braucht man keine QM zur Erklärung, sondern klassische Elektro­dynamik reicht.

Dummerweise verstehe ich davon nichts. Vielleicht hilft Dir dieser Artikel weiter, er ist aber Teil einer längeren Serie, die Du besser von Anfang an liest, wenn Du bei den Wellen schwimmst (ha, Wortwitz!). http://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2010/09/03/die-maxwellgleichungen-fast-ohne-formeln-6-spieglein-spieglein/

Es hat wohl irgendetwas damit zu tun, daß Metalle leiten (also das E-Feld kurz­schließen); deshalb können Lichtwellen nicht eindringen.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Chemiestudium mit Diss über Quanten­chemie und Thermodynamik

Ok, ich bin grad auf der Suche nach was anderem auf die Lösung gestoßen... es liegt wohl tatsächlich an der Bändermodellerklärung, die ich oben mal erwähnt hatte, auch wenn ich gedacht hätte, dass die Intensität des zurückgeworfenen Lichts dafür zu niedrig wäre...

also wens interessiert und wer sein Allgemeinwissen auffrischen will:

Durch Lichteinwirkung werden die Metallelektronen in einen elektronenleeren Zustand oberhalb der Fermigrenze gehoben. Da auch die elektronenleeren Niveaus innerhalb eines weiten Energiebereichs dicht übereinander liegen, kann ein Metall Strahlung jeder Wellenlänge absorbieren und wieder emittieren. Letzterer Vorgang verleiht ihm seinen typischen silberigen Glanz. Dass hiervon abweichend Cu und Au farbig sind, beruht wohl darauf, dass die Zahl der Zustände vergleichbaren Energieinhalts oberhalb der Fermigrenze unterschiedlich ist, womit Licht unterschiedlicher Wellenlängenbereiche unterschiedlich stark absorbiert und wieder emittiert wird.

Quelle: Holleman Wiberg, 102. Auflage, S. 176

Ich verstehe diesen Hick-Hack dieses "Physikers" nicht! Licht kann nicht absorbiert UND wieder emittiert werden! Es kann nur sein, dass das Licht die Elektronen anheben und dadurch Lichtquanten frei werden (emittiert werden)!
Und zum Anderen: Eisen oder Blei sind matt und nicht glänzend. Also stimmt hier in der Erklärung etwas nicht. Oder sehe ich das falsch?

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@UlrichNagel

könnte daran liegen, dass es kein Physiker, sondern ein Chemiker ist...

Für alle nicht chemiker: das buch ist quasi die Bibel der Anorganischen Chemiker...

Natürlich hast du recht, mit deiner Erklärung, doch das wissen, dass beim Zurückfallen der Elektronen Lichtquanten emittiert werden, hat der Autor sehr wahrscheinlich vorausgesetzt, da das in der Chemie doch ständig vorkommt und das Kapitel nicht gerade das Basiswissen ist.

Eisen und Blei sind schon glänzend, doch nur wenn man sie quasi schnell zersäbelt. Eisen und besonders Blei bilden an der Luft eine Oxidschicht, wodurch die Oberfläche nichtmehr metallisch ist und somit auch nicht glänzt. Schneidest du einen Klumpen Blei frisch durch, wirst du sehen, dass auch der glänzt.

Die physische Betrachtungsweise in dem von dir empfohlenen Buch werde ich mir aber trotzdem mal anschauen :) ...Chemiker verlieren sich allzu gerne in Modellanschauungen ;)

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@mgausmann

sry, hab grad den autor verwechselt... ich meinte Hantels buch...

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@UlrichNagel

Da spricht dann der Nicht-Chemiker.

Sowohl Blei als auch Eisen glänzen und reflektieren wie jedes andere Metall. Nur hast du wahrscheinlich noch nie Blei gesehen. Sondern nur die die Schicht von Oxiden und sonstigem Zeug auf Blei.

Und Hollemann-Wiberg ist kein Pysiker, sondern die Bibel der Chemiker. Und "wieder", das übrigens den selben Ursprung wie "wider" hat, ist eine sehr freie Formulierung.

Den selben Fehler machst du anschließend selbst:

Es kann nur sein, dass das Licht die Elektronen anheben und dadurch Lichtquanten frei werden (emittiert werden)!

Nicht durch das Anheben wird ein Lichtquant emmittiert, sondern danach, durch das Zurückfallen.

Es geht hier doch nicht um sprachliche Spitzfindigkeiten.

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Vorab: Zum Thema kann ich leider nichts beitragen, aber ich bewundere Deinen Optimismus:

"Bei mir steht morgen mein AC II Kolloquium an ..."

Offensichtlich vertraust Du darauf, dass die Experten ständig bei GF online sind und Dir auch sofort bei Deinem Problem helfen können.
Und wie ich nun sehe, scheint das auch der Fall zu sein!

Trotzdem solltest Du (und das gilt auch für viele andere Nutzer) Fragen nicht immer auf den letzten Drücker stellen.

mfg Geograph

Naja wie gesagt, die Prüfung wird nicht unbedingt darum gehen, sondern das thema fällt für mich eher unter die kategorie: "nice-to-know"

Und solche Fragen kommen eben auf, wenn sie aufkommen und das kann halt auch mal an nem Abend vor ner Prüfung sein... ich bin darauf wie gesagt gestoßen, als ich über die Cluster hergefallen bin ;)

Das Kolloq hat ich heute gut überstanden, hab mich mit dem Professor in die Tiefen der Titanchemie begeben, also spielte das Thema gar keine Rolle...

PS: Außerdem kenn ich die Pappenheimer hier in der Chemieabteilung, ich weiß, dass viele von den Experten abends reinschauen :D

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Da muss ich doch mal widersprechen!

mgausmann macht ganz und gar nicht den Eindruck, als wäre er in Panik. Eher dass er sich die Zeit am Vorabend der Prüfung etwas ablenkt. Sonst würde er nicht selbst mitsuchen oder Antworten wirklich verstehen.

Generell hast du natürlich recht.

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@Zoelomat

Von "Panik" war nicht die Rede, sonder von "Optimismus".

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