Школьные учебники химии безапелляционно заявляют, что золото не тускнеет из-за своей выдающейся инертности, но оказалось, всё куда интереснее. Благородный металл буквально перекраивает собственную геометрию, чтобы возвести на поверхности непробиваемый атомный щит.
Столетиями археологи находят в земле золотые артефакты, которые блестят так же ярко, как в день своего создания. Долгие годы это объяснялось просто: золото настолько неохотно вступает в химические реакции с кислородом, что ему не суждено покрыться уродливой оксидной пленкой (в отличие от железа или серебра).
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Но исследователи Мэтью Монтемор и Санту Бисвас решили присмотреться к металлу на квантовом уровне. В новой статье они показали, что химическая пассивность — лишь часть правды. На самом деле золото активно обороняется.
Выяснилась любопытная деталь: сама по себе слабая химическая связь не способна полностью защитить благородный металл от окисления. Ученые просчитали на компьютерах взаимодействие кислорода с двумя самыми распространенными типами золотой поверхности — в кристаллографии они обозначаются как Au(110) и Au(100). Если бы атомы на поверхности оставались на своих привычных местах, молекулы кислорода вполне могли бы разбиваться и вступать с металлом в реакцию.
Вместо этого золото использует интересный трюк. Атомы на его поверхности спонтанно меняют свое расположение, образуя плотную гексагональную (шестиугольную) решетку. Любые другие паттерны — например, квадраты или прямоугольники — оставляют «дыры» для кислорода. А вот шестиугольная броня снижает вероятность реакции в невероятные миллиарды и даже триллионы раз. По сути, металл выстраивает плотную атомную черепицу, об которую кислород просто бьется и отлетает обратно.
Зачем вообще это изучать, помимо чистого любопытства? Ответ кроется в промышленном катализе.
Золото работает как отличный катализатор реакций окисления. С его помощью химики синтезируют винилацетат — важнейший компонент для множества пластмасс. Исследователи также пытаются приспособить золотые системы для очистки автомобильных выхлопов от угарного газа и создания пропиленоксида.
Но заставить этот металл работать мучительно тяжело — как раз из-за его маниакальной страсти к обороне. Обычно ученым приходится измельчать золото до крошечных наночастиц или комбинировать его с другими элементами, чтобы хоть как-то расшевелить.
Новая работа дает важную подсказку. Если найти способ помешать поверхностным атомам собираться в защитные шестиугольники, металл сам начнет разрывать связи в молекулах кислорода. Мы получим потрясающе эффективный катализатор, просто изменив геометрию поверхности, без сложной химической алхимии.
Стоит отметить, что пока золотую броню взломали только виртуально. Ученые просчитали поведение электронов и атомов в симуляциях, так что ни один золотой слиток в ходе эксперимента не пострадал. Тем не менее, теперь у физиков и химиков есть точная математическая модель того, как отключить защиту самого упрямого металла.
Получается, что свойство, которое тысячелетиями делало золото главным символом вечности и богатства, сегодня отчаянно мешает использовать его на заводах. Но, похоже, наука наконец нашла на него управу.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Читайте также: Ученые могут создавать золото в лаборатории — есть лишь одна проблема
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.