Як атоми золота створюють невидиму броню?
Протягом багатьох поколінь людство вважало, що золото залишається сяючим винятково завдяки своїй низькій хімічній активності. Однак нове дослідження, яке провели фахівці Тулейнського університету, пропонує значно глибше пояснення. Результати наукової роботи, опубліковані в авторитетному журналі Physical Review Letters, доводять, що атоми на поверхні золота здатні до самоорганізації. Вони перегруповуються в особливі структури, які буквально блокують будь-які спроби кисню вступити в реакцію, пише видання SciTechDaily.
Дивіться також Енергетичний прорив: новий матеріал перетворює звичайне сонячне світло на ультрафіолет
Люди зазвичай вважали, що золото не тьмяніє просто тому, що воно не вступає в сильну взаємодію з киснем,
– прокоментував доцент кафедри хімічної інженерії Школи природничих наук та інженерії Тулейнського університету Меттью Монтемор.
Дослідницька група, до складу якої також увійшов науковий співробітник Санту Бісвас, використала надпотужне комп'ютерне моделювання. Вчені детально вивчили поведінку атомів та електронів у моменти, коли молекули кисню стикаються з двома найпоширенішими типами поверхневих структур золота.
Моделювання показало дивовижну картину: якби атоми на поверхні не змінювали своє положення, молекули кисню набагато легше розщеплювалися б і вступали в реакцію з металом.
Завдяки такій атомній перебудові інтенсивність реакцій із киснем знижується в діапазоні від мільярда до трильйона разів. Фактично, золото створює навколо себе динамічний щит на мікроскопічному рівні.
Саме цей механізм дозволяє золотим прикрасам та артефактам зберігати свій первозданний вигляд протягом сотень і навіть тисяч років, залишаючись стійкими до окислення.
Попри те, що така стійкість є ідеальною для ювелірної справи чи електроніки, вона створює певні труднощі в інших галузях. У сучасній хімічній промисловості золото часто використовують як каталізатор – речовину, що прискорює реакції. Проте через свою природну "закритість" і небажання розщеплювати молекули кисню золото іноді працює менш ефективно, ніж могло б.
На сьогодні каталізатори на основі золота в поєднанні з паладієм уже застосовують для виробництва вінілацетату. Ця сполука є критично важливою для виготовлення багатьох видів пластику та синтетичних матеріалів.
Окрім цього, науковці досліджують потенціал золотих каталізаторів у системах очищення автомобільних вихлопів від чадного газу, а також у виробництві оксиду пропілену – важливого промислового хімікату.
Якщо ви зможете змусити золото розщеплювати кисень, воно насправді може стати дуже ефективним каталізатором для певних реакцій,
– додав Меттью Монтемор.
Раніше дослідники намагалися підвищити ефективність таких процесів, змішуючи золото з іншими металами або розміщуючи мікроскопічні наночастинки золота на оксидних поверхнях. Нове відкриття пропонує принципово інший шлях: зміну самої геометрії золотого покриття.
Якщо вченим вдасться навчитися контролювати або скасовувати процеси атомної перебудови на поверхні, це відкриє двері до створення надпродуктивних паливних елементів та інноваційних методів промислового синтезу.