金屬的氧化：自由女神像為什麼是綠色的？

金屬的氧化 (Oxidation)：自由女神像(Statue of Liberty)為什麼是綠色的？
國立臺灣大學化學系林雅凡博士/國立臺灣大學化學系 李俊毅責任編輯

在美國紐約曼哈頓西南邊的小島上巍巍矗立的自由女神像，是法國為了感謝美國在法國大革命期間的傾囊相助，而於1876年，紀念美國由英國獨立百週年時，所致贈的生日賀禮，象徵自由、民主的精神，一直到今日，是許多遊客慕名前往，並爭相拍照留念的地方。這座塑像，頭戴冠冕，舉著光明的火炬，隨朝暾而向晚、曉春而暮冬，始終如一地在濤濤江水中堅然鶴立，讓世界每個角落的人們深深動容。

然而面對這座為世人所熟知的藝術品，是否勾起你心中的好奇：為什麼她的皮膚是綠色的？

事實上，表面的綠色是因為金屬表面經年累月曝露於空氣中，造成「氧化（oxidation）」的結果。自由女神像是以「銅」金屬打造的，銅製品受到氧化便容易生綠鏽（patination），經過時間的遞嬗，外觀便形成均勻的綠色，一般被稱為銅綠（patina）。除了自由女神像（圖一）外，如圖二哥德式建築上方的綠色屋頂（世界第一棟摩天大樓，伍爾沃思大廈），圖三中的綠色銅像（普林斯頓校園內的紀念銅像），其實都是這個因素所造成的。

更進一步來說明「金屬氧化」現象。
金屬銅與空氣中的氧接觸時，因氧的活性高，容易搶奪金屬銅的電子，使零價銅金屬在空氣中，因失去電子而形成二價銅離子，Cu²⁺。而多數二價銅離子在常態中，因水份及其他陰離子的伴隨存在（如硫酸根、碳酸根等等），容易呈現出藍或綠色，致使我們看見如圖一、二、三的景象。而若探討銅綠的成分，則會因環境的不同而改變，不過大部分以鹼式硫酸銅（basic copper sulfate, Cu₄(SO₄)(OH)₆）或鹼式碳酸銅（basic copper carbonate, Cu₃(CO₃)₂(OH)₂）為主。

所以在化學上所稱之的氧化作用，被定義為「物質失去電子的過程」。必須注意，根據「電荷不滅定律」，在空氣底下，金屬銅因為失去電子形成二價銅離子，那麼氧必定因搶奪其上電子，進行「還原作用」。一般而言，氧氣被還原後產生水。

金屬表面的氧化作用，可視為對金屬的保護作用。拿銅金屬為例，銅金屬受氧化，在表面形成銅綠，阻絕表層底下的銅金屬與空氣接觸的機會，而避免繼續生鏽。所以藝術家為了保護銅製藝術品，往往於完工後在表面漆上銅綠，來保護金屬銅不受氧化。

參考文獻
1 An Introduction on Liberty Island, ”Why is the Statue Green?”
2.“Patina”on Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Patina