Американские ученые выяснили, почему золото не тускнеет со временем. Оказалось, что у благородного металла есть секретная система самозащиты на атомном уровне, которая мешает ему вступать в реакцию с кислородом, сообщает научный портал ScienceDaily.
Золото ценится за свой яркий и долговечный блеск. Теперь исследователи из Тулейнского университета (США) выяснили, почему драгоценный металл так устойчив к потускнению. Их выводы показывают, что долговечность золота определяется не только его химическими свойствами. Ключевую роль играет расположение атомов на его поверхности.
Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, показало, что атомы на определенных поверхностях золота естественным образом перестраиваются в защитные узоры. Эти узоры делают реакцию с кислородом чрезвычайно сложной.
Новое открытие не только объясняет, почему золотые украшения, монеты и другие предметы могут сохранять свой блеск веками, но и может помочь ученым в разработке более эффективных катализаторов на основе золота для промышленности и экологически чистой энергетики.
Скрытая атомная защита золота
«Принято считать, что золото не тускнеет просто потому, что оно слабо взаимодействует с кислородом, — говорит Мэтью Монтемор, доцент кафедры химической инженерии в Тулейнском университете. — Мы же показали, что на двух самых распространенных типах поверхностей золота атомы на самом деле перестраиваются таким образом, что делают металл гораздо более устойчивым к окислению».
С помощью компьютерного моделирования исследователи изучили, как молекулы кислорода взаимодействуют с двумя распространенными типами поверхностей золота.
Симуляции показали, что если бы атомы на поверхности не перестраивались, молекулы кислорода могли бы гораздо легче распадаться и вступать в реакцию с золотом. Вместо этого атомная перестройка резко ограничивает эти реакции.
По словам исследователей, эти реорганизованные поверхности снижают количество реакций с кислородом в миллиард, а то и в триллион раз. Фактически они создают защитный барьер атомного масштаба, который позволяет золоту оставаться блестящим практически вечно.
Что это открытие означает для катализаторов
Помимо объяснения одной из самых узнаваемых характеристик золота, исследование может иметь важные последствия для катализа.
Катализаторы на основе золота, ускоряющие химические реакции, уже используются в нескольких промышленных процессах окисления. Однако то же свойство, которое делает золото идеальным материалом для ювелирных изделий и электроники — высокая устойчивость к кислороду — снижает его эффективность в некоторых химических производствах.
«Если заставить золото диссоциировать (расщеплять) кислород, оно может стать очень эффективным катализатором для определенных реакций, — сказал Монтемор. — Наша работа предлагает новую стратегию, как это можно сделать, предотвращая или обращая вспять эти поверхностные перестройки».
До сих пор усилия по улучшению золотых катализаторов были в основном сосредоточены на сочетании золота с другими металлами или использовании крошечных наночастиц золота на оксидных поверхностях. Новые результаты предполагают, что, контролируя геометрию поверхности золота и расположение его атомов, исследователи смогут повысить каталитические характеристики металла.
