鉻與紅寶石雷射（Chromium and Ruby Laser）

鉻與紅寶石雷射（Chromium and Ruby Laser）
國立台灣師範大學附屬高級中學物理科陳忠城老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

1797年發現 Chronium 鉻，就如同它名稱的由來一樣，鉻的化合物多具有鮮艷的色彩。鉻通常是形成3價和6價的離子價，在水溶液中以鉻離子（Cr³⁺）、鉻酸根離子（CrO₄^2-）或重鉻酸根離子（Cr₂O₇^2-）的形態與各種金屬或分子結合。隨著鍵結形式的不同，從紅色到紫色幾乎可以顯現任何顏色，所以自古以來鉻化合物就作為各種顏料使用。即使雷射，鉻也是不可或缺的。

為什麼會產生顏色呢？它的原因真是形形色色，但一般而言是由於光中的某特定波長（大多是其某一範圍的波長領域）被吸收或反射而產生的，種種化合物的水溶液或透明的結晶之所以呈現鮮艷的顏色，原因是在和它們是互補色關係的波長領域產生光的吸收現象。相反地本身發光的發光體的顏色，則是因為該物質發出該種顏色波長的光所致。

各種物質隨著原子或分子的結合狀況，吸收或放出特定的能量而變化成某種固定的狀態。物質所能夠變化的狀態並不是隨意，因此它的變化所需的能量也是一定的。相應於它的能量某個波長的光被吸收於是使人感覺到它的互補色的顏色。

鉻化合物之所以能夠呈現各種不同的色彩是因為與鉻化學鍵有關的d軌域電子，鉻在氬殼的外側含有3d⁵4S¹電子，得以自由自在地變化成各種狀態的緣故。

在鉻的顏色世界中，最珍奇的該屬紅寶石了，不只是紅寶石，許多寶石的微妙色彩都是因為其中所含的微量元素而產生的。紅寶石主要成分為三氧化二鋁，但是含少量的鉻離子後，便顯現出鮮豔的紅色。主要原因是當光線照射時，紅寶石內鉻離子的電子能階從基態升至激發態，此一電子能階的躍升，使得可見光中黃-綠光和紫光兩個波段被吸收，在反射的藍光和紅光中，由於人類的視覺對紅光的感應較為敏感，因此，我們看到的紅寶石乃顯現出紅的顏色。

1960年5月16日，美國加利福尼亞州休斯實驗室的科學家梅曼宣布獲得了波長為0.6943微米的雷射，這是人類有史以來獲得的第一束雷射，梅曼因而也成為世界上第一個將雷射引入實用領域的科學家。紅寶石雷射是除色素斑的一種，波長為694nm，能量能被黑色素吸收，可以有效的去除刺青及黑褐色色素病灶。

鉻是人體必需的微量元素，在肌體的糖代謝和脂代謝中發揮特殊作用。三價的鉻是對人體有益的元素，人體對無機鉻的吸收利用率極低，不到1%；人體對有機鉻的利用率可達10-25%。鉻在天然食品中的含量較低、均以三價的形式存在。鉻金屬在空氣中很穩定即使長時間放置也不易被酸等所侵蝕，由於它耐腐蝕性強所以廣泛地使用於電鍍等用途上。6價的鉻化合物毒性強，當發生緊急事件時，其助燃性及腐腐性將為救災之主要考量因素，操作處理時必須注意。

資料來源：
1.維基百科  http://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page