У чому секрет вічного блиску золота: щось усередині перебудовується, щоб зберегти сяйво

Золото вважалося цінним матеріалом у різних культурах протягом тисячоліть. Його привабливість була зумовлена поєднанням двох чинників: фізичною рідкістю і стійкістю до потьмяніння, іржі та корозії, пише Фокус.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Дослідження показують, що золотий предмет, створений сотні років тому, матиме той самий блиск, що й у момент виготовлення. Але чому це так і чим зумовлений цей неймовірний блиск золота? Нове дослідження припускає, що справа в його атомах, які перебудовуються, щоб зберегти сяйво.

Тривалий час здатність золота зберігати свій блиск робила його "найблагороднішим" з усіх відомих металів і пояснювалася унікальним хімічним складом металу. Однак тепер, нове дослідження припускає, що секрет криється в тому, що його атоми перебудовуються, щоб захистити золото від окислення.

Крім того, що золото є цінним, естетично привабливим ресурсом, воно відіграє дедалі важливішу роль як каталізатор в інженерії та наночастинках, де воно допомагає прискорити хімічні реакції. Однак здатність золота протистояти окисленню також обмежує його застосування в хімічному виробництві та енергетиці.

За словами вчених, це пов'язано з тим, що багато промислових та енергетичних реакцій залежать від металів, здатних тимчасово окислюватися і відновлюватися. Виняткова стійкість золота до окислення означає, що воно неохоче активує такі молекули, як кисень, які необхідні для великомасштабних хімічних перетворень.

Вчені намагалися підвищити ефективність золота як каталізатора за допомогою комбінування його з іншими металами або використання дрібних наночастинок золота на оксидних поверхнях. Однак це мало обмежений успіх, унаслідок чого було створено системи, які залежать від розмірів частинок, дефектів поверхні або інших матеріалів, що ускладнює контроль або масштабування процесу.

Відкриття того, що наночастинки золота можуть бути використані для обмеженої активації кисню, підняло важливі питання про те, чому крихітні кількості золота поводяться таким чином. Вчені вважають, що відповідь може критися в розташуванні атомів на поверхні матеріалу.

У новому дослідженні команда з Університету Тулейн використовувала комп'ютерне моделювання, що передбачає поведінку атомів і електронів, щоб вивчити взаємодію молекул кисню з поширеними структурами поверхні золота. Результати показали, що деякі золоті поверхні можуть природним чином перебудовуватися, утворюючи захисні структури, що пригнічують активацію кисню.

За словами співавтора дослідження Метью Монтемора з Університету Тулейн у Луїзіані, раніше вважалося, що золото не тьмяніє тому, що воно не сильно взаємодіє з киснем. Однак тепер учені показали, що для двох найпоширеніших типів золотих поверхонь атоми на поверхні фактично перебудовуються таким чином, що роблять золото набагато стійкішим до окислення.

Результати моделювання команди також показали, що молекули кисню можуть бути набагато більш реактивними з золотом, якщо у нього немає цієї здатності до перебудови. Виявилося, що ця здатність фактично пригнічує реакції кисню в мільярд-трильйон разів, створюючи, по суті, бар'єр атомного масштабу, який зберігає золото в первозданному вигляді. Це пояснення може відкрити нові можливості для використання золота в передових каталізах.

Нагадаємо, раніше ми писали про те, що фізики розгадали 20-річну ядерну загадку створення золота.

Раніше Фокус писав про те, що мрія алхіміків збулася: як фізики змогли перетворити інші метали на золото.

Під час написання використано матеріали Physical Review Letters, IFLScience.