四年一度的夏季奧林匹克运动会7月26日在巴黎开幕。自1896年首办迄今，本届运动会已是第33届，迎接来自206个国家和地区的10万500名运动员。圣火熊熊，场外的观众翘首企盼，场内的选手摩拳擦掌，期待能在赛场上赢得一枚奖牌，为国争光。
本文将从科学的角度来介绍有关奥运奖牌的豆知识。
奖牌的镀金技术
在奥运赛场上赢得殊荣的健儿，有的喜极而泣，有的壮志凌云，一些甚至会可爱地在嘴边啃咬起奖牌。现代奥运会颁发的奖牌，都是以金属制成，然而，在古希腊举行的奧林匹克运动会（约公元前776年至公元393年），获奖健儿赢得的是以橄榄枝制成的头冠。据传那是希腊神话里的英雄赫拉克勒斯（Heracles）献给宙斯（Zeus）的礼物，象征健儿们的荣誉。
首两届奥运会只颁发银牌（冠军）和铜牌（亚军），金牌是在第四届圣路易斯奥运会时开始颁发，金银铜的颁奖顺序正式落实。这顺序据说起源于古希腊诗人赫希俄德（Hesoid）的《人类与时日》诗篇。
金牌起初是由纯金制成，随着第一次世界大战爆发，金属短缺，因此于1912年斯德哥尔摩奥运之后，金牌不再以纯金打造，而是以电镀（electroplating）的方式，将金镀在银牌上。根据国际奧林匹克委员会的规定，金牌必须至少有6克纯金，银则占95%以上成分。
电镀是一种利用电解（electrolysis）原理在一金属表面镀上另一层金属薄膜的方法。实验上，电解需要三个主要条件：作为金属的阳极（anode）和阴极（cathode），以及电解质（electrolyte）溶液。在电解的过程中，电解质溶液会置入一电镀池中，并将浸入池中的阳极和阴极接上电流。经过还原氧化反应之后，阴极会镀上一层金属。
以奥运金牌的电镀为例子，阴极为银制的基材，阳极为不溶于电解质的钛金属，电解质则是含有金离子的溶液（比如氰化金钾）。开启电流后，在银质基材的阴极上，金离子从电解液中获得电子被还原为金原子而沉积在银质基材表面。所谓慢工出细活，这过程虽看似轻而易举，电镀时间、电流大小和溶液成分都会影响镀金的品质。
李白于《梦游天姥吟留别》写道：“青冥浩荡不见底，日月照耀金银台”，金银并驾齐驱，作为第三名的铜似乎逊色不少。其实不然，铜的实用价值极高，自公元前4000年的青铜时代开始，青铜已是人类文明的象征，体现在远古人类制作的工具、武器和艺术作品。夏商周三代，青铜铸造的器具、比如鼎（三或四足容器）、爵（饮酒容器）等，不只有着实际用途，也划分及维持礼乐制度。
在科学工艺上，青铜是一种合金（alloy），一般由约88%的纯铜和12%的锡混合而成。由于铸造所需的温度相对较低（约950摄氏度），加上强度和韧性极佳，在造船业及电子工业有着广泛应用。
一枚奖牌约半公斤
奥运会的奖牌尺寸一致，由国际奥运委员会制定标准，规定奖牌须呈圆形，直径至少为60毫米，厚度至少为3毫米。以今年巴黎奥运会为例，奖牌直径为85毫米，厚度为9.2毫米，尺寸和平日常吃的消化饼一般大。
虽然奖牌不大，但由于金银铜的密度很高，重量挺沉的。密度在物理学上定义为物质在一单位体积里所含的质量。换句话说，密度等于质量和体积的比值。密度是物质的其中一个特性，同个体积下，由于密度的不同，质量也有所差异。
大家耳熟能详的阿基米德，是在澡堂泡澡时，领悟了分辨黄金皇冠真伪的方法，而大叫 “我发现了！”（Euraka！）。在阿基米德原理里，我们能通过观测一物体在水里的溢水量来推测其密度。把皇冠和同等重量的纯金放入两个装满水的水盆中，阿基米德发现，放皇冠的水盆溢出的水比另一盆多，证明了皇冠体积较大，密度与纯金不相同。
由于分子排列疏密不一，大多固体的密度较高，而液体和气体的密度相对较低。比如纯水的密度为1克每立方厘米（1g/cm3），金、银和铜的密度则分别为19.3、10.5和约8克每立方厘米。若用上文所述的尺寸来计算，一枚银牌的质量大约是550克（约半公斤）左右。
若今日的金牌以纯金打造，质量可高达一公斤以上。奥运奖牌，不只意义重大，实体也分量不小。
在早报应用继续阅读
