黃金可以拉得多薄？
― 1 公克能攤成報紙跨頁那麼大，對著光還會透出綠色
金箔的厚度大約是萬分之一毫米。這只有頭髮粗細的幾百分之一，若用原子來數，也只有幾百個原子的厚度。即使如此，它仍然連成完整的一片薄膜而不破裂，靠的是金屬原子的連結方式，以及黃金這種元素「不會生鏽」的性質。
過年時的酒或點心裡，有金箔輕輕飄浮著。想用筷子夾，它輕得光是一口氣就會飄起來。
寺廟裡佛像和屏風的金色，大多也是貼上這種金箔做成的，並不是用整塊黃金打造的。
那麼，金箔到底有多薄呢？還有，石頭和玻璃一搥就碎，黃金為什麼不會碎，反而越搥越大？
能薄到這種程度，只有兩個原因
金屬的原子被大家共用的電子包圍著而黏在一起。就算搥打使原子的排列錯開，連結依然保持著。
許多金屬一變薄，就會與空氣反應，變成脆弱的「鏽」。黃金幾乎不起反應，所以再薄也還是黃金。
第一點是「所有金屬」都有的性質，第二點才讓黃金變得特別。我們依序來看。
搥了會碎的東西，和能延展的東西，差在哪裡？
用鐵鎚敲食鹽的顆粒，它會碎成粉末。食鹽是由帶正電的粒子和帶負電的粒子交錯排列而成。如圖 1 的右側，敲打後排列錯開一格，正電就會和正電面對面。同樣的電會互相排斥，所以就在那個面上裂開了。
金屬的情況不同。如圖 1 的左側，金屬的原子浸在可以自由移動的電子「海」中。把原子結合在一起的，是整片電子海。就算排列錯開，錯開之處同樣有相同的原子和電子海，所以連結不會斷。
用鐵鎚敲打黃金時，這種「錯位」會在原子面上到處發生。厚度減少多少，黃金就往旁邊擴展多少。體積不會改變，所以厚度減半，面積就變成 2 倍。
為什麼只有黃金能薄到「萬分之一毫米」？
鋁和銅敲打後也能延展變薄。廚房用的鋁箔，厚度大約是百分之一毫米。可是要再薄 100 倍，其他金屬就會遇到麻煩。
金屬表面接觸空氣中的氧氣，會形成一層極薄的「鏽」。如果是厚板，表面幾奈米的變化不算什麼。但是當薄膜本身只有幾百個原子的厚度時，鏽所佔的比例就變得很大。鏽不像金屬那樣能延展，所以薄膜會脆弱地崩壞。
黃金幾乎不與空氣或水反應。佛像的金色放了幾百年也不會黯淡，就是這個緣故。就算薄到只有幾百個原子，它也能一直保持金屬的狀態。
請用圖 2 的滑桿改變金箔的厚度，看看 1 公克的黃金會依厚度攤開到多大。
據說，製作金箔的職人會在黃金裡混入少量的銀或銅，夾在特製的紙之間反覆搥打。中途還要切開再繼續搥，如此重複，最後才做成約萬分之一毫米的金箔。
黃金之所以看起來是金色，是因為它能把紅光和黃光反射得很好，同時吸收一部分藍光。像金箔這麼薄時，沒被反射的光有一部分會穿過去。穿過去的是黃金不太反射的藍綠色附近的光。19 世紀的法拉第就以這個現象為線索，詳細研究了黃金與光的關係。
重點整理
金屬被電子海包圍著，所以搥打使原子錯位時不會碎裂，而是向外延展。再加上黃金不與空氣反應，即使薄到只有幾百個原子，仍然是黃金。就這樣，1 公克的黃金可以變成報紙跨頁那麼大的薄膜。
金箔的薄度，是職人的手藝，
也是「錯位也不分離、又不會生鏽」的原子所締造的紀錄。
金屬發亮的原因，請看〈金屬為什麼會閃閃發亮？〉；摸過金屬後手上那股味道的真面目，請看〈摸過鐵欄杆的手，為什麼會有「鐵味」？〉。
- 準備 1 片食用金箔（烘焙材料行有賣），用鑷子或竹籤的尖端輕輕拿起。
- 朝明亮的窗戶或電燈舉起，隔著金箔看光。你應該會看到它透出的不是金色，而是偏藍綠的顏色。
- 作為對照，用同樣的方式舉起鋁箔。它完全不透光，因為厚度差了大約 100 倍。
金箔非常輕，一口氣就會吹走。舉起來看的時候請閉上嘴，並在沒有風的房間裡進行。也推薦用湯匙背面把鹽粒壓碎，比較看看它們的碎裂方式。
想知道更多的人 ― 術語・算式・與課本的連結明確標示從國中理化到大學專業課程，各屬於哪個程度
- 國中國中理化會學到的範圍
- 高中高中「化學基礎」「化學」會學到的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或課本中以專欄形式介紹的內容
- 大學高中不會學到、大學專業課程（材料科學・固態物理）的內容
- 研究連大學也不當作「定論」來教、目前研究者還在探討的話題
國中術語：這個現象是有名字的
- 展性：敲打或按壓時，不會碎裂而是向外攤薄的性質。是金屬共通的性質之一。
- 延性：拉扯時，不會斷裂而是被拉長變細的性質。黃金的展性和延性在金屬中都屬於最大的一類。
- 金屬鍵：原子共用電子，而這些電子包圍整體原子並把它們結合起來的結合方式。就是圖 1 的「電子海」。
國中高中用算式確認：1 公克的黃金能攤成多少平方公尺？
就算敲打，黃金的量也不會改變，所以體積是固定的。體積是「面積 × 厚度」，因此厚度一決定，面積也就決定了。
| 用符號寫 | A ＝ m ÷ ( ρ × t ) |
| 用文字寫 | 攤開的面積 ＝ 黃金的質量 ÷ （密度 × 箔的厚度） |
| 這個式子從哪裡來 | 體積守恆。體積由「質量 ÷ 密度」決定，敲打也不會改變。把它寫成「面積 × 厚度」，再解出面積而得。 |
| A | 攤開的面積（單位是平方公分） |
| m | 黃金的質量（公克） |
| ρ | 黃金的密度（每立方公分的公克數） |
| t | 箔的厚度（公分） |
| 黃金的質量 | 1 公克 |
| 黃金的密度 | 每立方公分 19.3 公克 |
| 金箔的厚度（0.1 微米） | 0.00001 公分 |
| 1 個金原子的大小 | 約 0.29 奈米 |
| 鋁箔的厚度 | 約 0.01 毫米 |
| 1 公克黃金的體積（立方公分） | 1 ÷ 19.3 ≒ 0.0518 |
| 用厚度去除這個體積，得到面積（平方公分） | 0.0518 ÷ 0.00001 ＝ 5180 |
| 換算成平方公尺 | 5180 ÷ 10000 ＝ 0.518 |
| 用原子大小去除厚度 100 奈米 | 100 ÷ 0.29 ≒ 345 |
| 鋁箔的厚度是金箔的幾倍 | 0.01 ÷ 0.0001 ＝ 100 |
1 公克的黃金大約能攤開成 0.52 平方公尺，比報紙跨頁（約 0.44 平方公尺）再大一點。厚度以原子來算約為 340 個，只有鋁箔的百分之一左右。
高中高中＋晶體的種類與碎裂方式的差異
高中在化學基礎中，會把固體分成「離子晶體」「金屬晶體」「共價晶體」「分子晶體」。離子晶體受力時，會沿著特定的面裂開，這種裂法叫做「劈裂」。金屬晶體由自由電子負責結合，所以具有展性和延性。
高中＋金、銀、銅、鋁都是「面心立方」的排列方式。這種排列中，原子容易滑動的面與方向的組合很多，所以特別容易延展。黃金不會生鏽，則與它在活性序（離子化傾向）表中位於最末端相對應。
大學原子是「一列一列」錯開的 ― 差排
如果原子面要整個一次錯開，據計算需要的力會比實際大上幾千倍。實際的金屬能以很小的力變形，是因為晶體中有一種叫做「差排」的排列紊亂，它會一點一點地移動。這就像推動地毯上的皺褶，一點一點把地毯挪動一樣。一直敲打的話，差排會互相糾纏，金屬就變硬（加工硬化）。因此有時會在中途加熱，讓排列整齊的「退火」處理。
📖 算式的推導與更進階的內容：差排（維基百科） ／ 展延性（維基百科）
研究還沒有完全弄清楚的事
- 還無法從原子層級完全預測金屬是怎麼變硬的。要從原子的排列精確計算無數差排糾纏的情形，至今仍是困難的課題。
- 薄到只有幾個原子厚的黃金，表現得像另一種物質。已知幾奈米大小的金粒子，能成為整塊黃金所沒有的化學反應幫手（觸媒）。其原因的細節，目前仍在研究中。
- 到底能薄到什麼程度？也有研究報告製作出只有幾個原子厚的金膜。不過，性質從哪個厚度開始改變，會隨製作方法和條件而不同。
也就是說，這篇文章的內容也只是「就目前所知範圍內的說明」。金箔雖然是幾百年前就有的技術，但其中原子在做什麼，至今仍在研究。
與課本的連結（依程度）
| 程度 | 科目・單元 | 本文的哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化「身邊的物質」（金屬的性質）、密度 | 展性、1 公克黃金的面積計算 |
| 高中 | 化學基礎「化學鍵」（金屬鍵・離子晶體） | 圖 1 中能延展與會碎裂的差別 |
| 高中＋ | 化學「晶格」、離子化傾向 | 面心立方、黃金不生鏽的原因 |
| 大學 | 材料科學・固態物理（差排理論、塑性變形） | 差排、加工硬化、退火 |
| 研究 | 奈米材料、金奈米粒子的催化作用 | 只有幾個原子厚的黃金的性質 |
| ― | 與生活的連結 | 食用金箔、佛像與屏風的金色、鋁箔 |
- M. Faraday (1857) "Experimental relations of gold (and other metals) to light", Philosophical Transactions of the Royal Society of London 147
- 國立天文台（国立天文台）編《理科年表》（理科年表），丸善出版（丸善出版）（黃金的密度）
- C. 基特爾（C. キッテル）《固體物理學入門》（固体物理学入門），丸善出版（丸善出版）（金屬鍵・差排）
- 維基百科（ウィキペディア）「差排」（転位）
- 高中「化學基礎」教科書中，關於化學鍵與晶體的單元
※本文是寫給一般大眾的科學解說。文中的數值是為了理解原理的參考值與概算。金箔的厚度與面積會因製法和種類而異。