مشخص شده است که چرا طلا زنگ نمی‌زند

چیدمان ویژه اتم‌ها روی سطح طلا مانع از زنگ زدن آن می‌شود.

به گزارش مجله خبری نگار، شیمیدانان دانشگاه تولین کشف کرده‌اند که چرا طلا به سختی با اکسیژن واکنش می‌دهد و درخشش خود را برای هزاران سال حفظ می‌کند. معلوم شد که پاسخ در چیدمان خاص اتم‌ها روی سطح فلز نهفته است: آنها چنان ساختار متراکمی را تشکیل می‌دهند که مولکول‌های اکسیژن به معنای واقعی کلمه فاقد فضا برای شروع اکسیداسیون هستند. این مطالعه در مجله Physical Review Letters (PRL) منتشر شده است.

طلا "نجیب‌ترین" فلز محسوب می‌شود - عملاً زنگ نمی‌زند، کدر نمی‌شود و مانند آهن یا نقره لایه اکسید تشکیل نمی‌دهد. این بی‌اثری شیمیایی مدت‌هاست که دانشمندان را مجذوب خود کرده است. نویسندگان این مطالعه، سانتو بیسواس و متیو مونتمور، یک شبیه‌سازی کامپیوتری از برهمکنش اکسیژن با سطوح طلای نانومقیاس انجام دادند و کشف کردند که هندسه اتم‌ها نقش کلیدی ایفا می‌کند.

محققان دو نوع سطح را با هم مقایسه کردند: سطوح بازسازی‌شده، که در آن اتم‌ها در یک ساختار شش‌ضلعی متراکم قرار گرفته‌اند، و سطوح بازسازی‌نشده، که در آنها اتم‌ها به صورت «مربعی» و آزادتر قرار گرفته‌اند. تفاوت چشمگیر بود.

روی یک سطح شش ضلعی متراکم، مولکول‌های اکسیژن تقریباً قادر به تفکیک به اتم‌های منفرد نبودند - همان فرآیندی که برای شروع اکسیداسیون لازم است. روی سطوح سست‌تر، اکسیژن بسیار آسان‌تر جدا شد: طبق محاسبات نویسندگان، سرعت تفکیک میلیارد‌ها و حتی تریلیون‌ها بار افزایش یافت.

دانشمندان این موضوع را به سادگی توضیح می‌دهند: روی یک سطح متراکم، یک مولکول اکسیژن فضای کافی برای "چسبیدن" و تجزیه شدن ندارد. هندسه‌ی آزادتر اجازه می‌دهد تا این اتفاق بیفتد.

این نتایج همچنین به توضیح یک راز دیرینه کمک می‌کند: چرا نانوذرات طلا، برخلاف طلای معمولی، به عنوان کاتالیزور بسیار مؤثر هستند. در دهه ۱۹۸۰، محققان کشف کردند که نانوذرات طلا به طرز شگفت‌آوری در فعال کردن اکسیژن و تسریع واکنش‌های شیمیایی خوب هستند، حتی اگر طلای توده‌ای عملاً بی‌اثر باشد.

طلا به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و تولید محصولات جانبی کمتر نسبت به فلزات فعال‌تر، ماده‌ای امیدوارکننده برای چنین سیستم‌هایی محسوب می‌شود. نویسندگان معتقدند که ایجاد سطوحی با نقوش «مربعی» باعث حفظ پایداری طلا و در عین حال افزایش فعالیت کاتالیزوری آن می‌شود.

محققان خاطرنشان کردند: «نتایج ما یک استراتژی جدید برای طراحی کاتالیزور‌های طلا پیشنهاد می‌دهد - به حداقل رساندن بازسازی سطح یا تثبیت ساختار‌های مربع‌مانند برای افزایش فعال‌سازی اکسیژن.»

لینک کپی شد

اشتراک‌ گذاری