Az arany nem oxidálódik, és a tudósok felfedeznek egy kulcsfontosságú tulajdonságot, amely megmagyarázza az évszázadok óta tartó ellenállását
A jelenléte oxid Attól függ, hogy az egyes anyagok hogyan reagálnak a körülöttük lévő környezettel. Egyes kémiai elemek könnyen átadják magukat az oxigénnek, és rövid időn belül megváltoztatják a felületüket, míg mások sokkal nagyobb stabilitást tartanak fenn még évekig tartó levegővel vagy vízzel való érintkezés után is.
Ez a különbség határozza meg, hogy bizonyos tárgyak miért öregszenek gyorsan, mások pedig miért őrzik meg évtizedeken vagy évszázadokon keresztül az eredetihez nagyon hasonló megjelenést. Az ismert esetek közül kevés olyan feltűnő, mint az oroolyan fém, amely alig vesz részt azokban a kémiai reakciókban, amelyek sok megfelelőjét rontják.
Az arany nanorészecskék eltérő viselkedést mutatnak
Az arany kiemelkedik a néven ismert tulajdonságból vegyi nemesség. A jelentések szerint ScienceAlertegy műve Santu Biswas y Matthew M. MontemoreA Tulane Egyetem kutatói részletes magyarázatot adnak ennek a fémnek az oxidációval szembeni rendkívüli ellenálló képességéről.
A tanulmány, amely ben jelent meg Fizikai áttekintő levelek, arra a következtetésre jut, hogy a atomok elrendezése az arany felületén rendkívül megnehezíti az oxigén számára a más anyagokban általában korróziót okozó reakciók elindítását.
A kérdésnek volt egy származéka, amely évtizedek óta foglalkoztatta a tudósokat. Bár a szilárd arany aligha használható bizonyos oxigénnel kapcsolatos reakciókban, nanorészecskék ugyanez a fém meglepő aktivitást mutat.
Ez a különbség az 1980-as évek óta felkeltette a figyelmet, mert ellentmondani látszott az arany szokásos viselkedésének. Ha a fém ilyen jól ellenáll az oxigénnel való kölcsönhatásnak, nehéz volt megmagyaráznir miért tudták a sokkal kisebb változatok olyan hatékonyan irányítani az oxidációs folyamatokat.
A hatszögletű rétegek lassítják a dioxigén szétválását
Ennek a látszólagos ellentmondásnak a tanulmányozására Biswa és Montemore olyan számítógépes szimulációkhoz fordult, amelyek képesek reprodukálni az oxigénmolekulák és az aranyfelületek találkozását nanométeres léptékben. A kutatók két különböző konfigurációt elemeztek. Az egyik megfelelt rekonstruált felületekahol az atomok nagyon kompakt hatszögletű szerkezetet vesznek fel. A másik képviselte rekonstruálatlan felületeknyitottabb minták jellemzik, és közelebb állnak a négyzet geometriához.
Az eredmények gyökeresen eltérő viselkedést mutattak. A rekonstruált felületeken oxigénmolekulák alig sikerült két független atomra hasadniuk. Ez a nehézség egybeesik a nagyobb aranydaraboknál megfigyeltekkel, ahol a fém rendkívül stabil marad az oxidációval szemben. A kompakt szerkezet kevés helyet hagy az oxigénnek, hogy megtalálja a kötések felszakításához és a kémiai reakció elindításához szükséges pozíciót.
A fel nem épített felületeken teljesen megváltozott a helyzet. Azokban az esetekben a az oxigénmolekulák sokkal könnyebben szétválnak. A számítások azt mutatták, hogy a folyamat milliárdszor vagy akár billiószor gyorsabban mehet végbe, mint kompakt felületeken. A különbség nem az arany kémiai összetételétől függött, hanem az szabad hely az atomok között amelyek a fém külső rétegét alkotják.
Úgy tűnik, hogy ez a geometria hiányzik a jelenség megértéséhez. Ha a felületi atomok nagyon szoros hatszögletű mintázatban vannak egymásba csomagolva, a oxigén akadályokba ütközik, hogy lebontsa és átalakuljon erősen reaktív atomokban. Másrészt a négyzet alakú konfigurációk hézagokat hagynak, amelyek megkönnyítik ezt az elválasztást. Mivel az oxigén aktiválása számos kémiai reakció első lépése, a Az atomok elrendezésének csekélynek tűnő módosítása óriási következményekkel jár.
A szerzők úgy vélik, hogy ez a magyarázat segít megérteni az arany nanorészecskék viselkedését is. Kis méretük miatt ezekből a részecskékből hiányozhatnak azok a tömör felületek, amelyek a fém nagyobb darabjaiban jelennek meg. Ennek következtében megmaradnak több olyan területet tettek ki, amelyek képesek kölcsönhatásba lépni az oxigénnel és olyan reakciókat részesítenek előnyben, amelyek szilárd aranyban alig fordulnak elő.
A munka az arany új ipari felhasználásait irányítja
Az eredmény is befolyásolja az arany felhasználását a különböző ipari folyamatokban. Számos ipari folyamatban katalizátorokat használnak az oxigén aktiválására és a későbbi kémiai átalakulások elősegítésére. Az arany azért vonzó erre a funkcióra, mert kevéssé reagál más anyagokkal, és elkerüli az agresszívebb anyagokhoz kapcsolódó mellékhatásokat. Továbbá bizonyos a katalizátorok végül elromlanak túl szorosan kötődik az oxigénhez, ezt a problémát az arany csökkentheti.
Biswas és Montemore rámutattak munkájukban, hogy a felszínen négyzet vagy téglalap alakúak jelentősen javíthatja az arany katalitikus aktivitását. A kutatók azt írták, hogy „ez új betekintést nyújt abba, hogy az arany miért olyan közömbös a dioxigénnel szemben”. Azt is kijelentették, hogy „eredményeink új stratégiát kínálnak az aranyalapú katalizátorok tervezésére”.
A kutatás tehát rámutat a kémiai stabilitás és az oxigénaktiválási képesség közötti egyensúlyra, amely kombináció új lehetőségeket nyithat meg hatékonyabb és tartósabb katalizátorok fejlesztésében.
