Ο χρυσός θεωρείται ένα από τα πολυτιμότερα μέταλλα στη Γη όχι μόνο λόγω της χαρακτηριστικής λάμψης του, αλλά και επειδή παραμένει σχεδόν αναλλοίωτος στον χρόνο. Σε αντίθεση με πολλά άλλα μέταλλα, δεν σκουριάζει, δεν θαμπώνει και δεν διαβρώνεται εύκολα. Ένα χρυσό αντικείμενο μπορεί να διατηρήσει την λάμψη του για χιλιάδες χρόνια.
Η ιδιότητα αυτή είναι γνωστή ως «χημική ευγένεια» και σημαίνει ότι ο χρυσός έχει εξαιρετικά χαμηλή αντιδραστικότητα. Δεν αλληλεπιδρά εύκολα με ουσίες όπως το οξυγόνο, το οποίο σε άλλα μέταλλα συνδέεται με τα άτομα της επιφάνειάς τους και οδηγεί στη δημιουργία σκουριάς ή θαμπώματος, αναφέρει το Science Alert.
Ο λόγος της ανθεκτικότητας του χρυσού
Τώρα, οι υπολογιστικοί χημικοί Santu Biswas και Matthew M. Montemore, από το Πανεπιστήμιο Τουλέιν στις ΗΠΑ, ο υποστηρίζουν ότι βρήκαν τον λόγο αυτής της εντυπωσιακής ανθεκτικότητας. Σύμφωνα με τη μελέτη τους, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters, τα άτομα στην επιφάνεια του χρυσού σχηματίζουν ένα εξαιρετικά συμπαγές μοτίβο. Η διάταξη αυτή είναι τόσο πυκνή ώστε το μόριο του διοξυγόνου, που υπό άλλες συνθήκες θα μπορούσε να αλληλεπιδράσει με το μέταλλο, δεν καταφέρνει εύκολα να διασπαστεί και να ξεκινήσει τη διαδικασία της οξείδωσης.
Το ενδιαφέρον είναι ότι, αν αυτή η επιφανειακή διάταξη γίνει λίγο πιο «χαλαρή», ο χρυσός μπορεί να γίνει πολύ πιο ευάλωτος στην οξείδωση. Αυτό όμως δεν είναι απαραίτητα αρνητικό. Στη χημεία, η ενεργοποίηση του οξυγόνου είναι κρίσιμο βήμα για πολλές αντιδράσεις. Για παράδειγμα, για να μετατραπεί το μονοξείδιο του άνθρακα σε διοξείδιο του άνθρακα, χρειάζεται ένα ελεύθερο και δραστικό άτομο οξυγόνου που θα ενωθεί με το CO.
Οι επιστήμονες μπορούν να πετύχουν αυτή την «ενεργοποίηση» χρησιμοποιώντας μεταλλικές επιφάνειες που βοηθούν το μόριο του διοξυγόνου να διασπαστεί σε δύο δραστικά άτομα οξυγόνου. Ο χρυσός θα ήταν ιδανικός καταλύτης, επειδή είναι αδρανής και δεν αντιδρά έντονα με άλλα άτομα ή μόρια. Άλλοι καταλύτες είναι πιο δραστικοί, αλλά μπορεί να δημιουργούν ανεπιθύμητα παραπροϊόντα ή να διαβρώνονται επειδή δεσμεύουν πολύ ισχυρά το οξυγόνο.
Γιατί διαφέρουν τα νανοσωματίδια χρυσού
Αν και ο συμπαγής χρυσός θεωρείται ακατάλληλος για τέτοιες αντιδράσεις, τη δεκαετία του 1980 οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι τα νανοσωματίδια χρυσού είναι εντυπωσιακά αποτελεσματικά στην ενεργοποίηση του οξυγόνου. Η νέα έρευνα δείχνει ότι η εξήγηση βρίσκεται στη διάταξη των ατόμων στην επιφάνειά τους.
Εικόνα νανοσωματιδίων χρυσού από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο διέλευσης
Fionán / Wikimedia Commons
Με υπολογιστικές προσομοιώσεις, οι ερευνητές μελέτησαν δύο τύπους επιφανειών: τις «ανακατασκευασμένες», όπου τα άτομα σχηματίζουν ένα πυκνό εξαγωνικό μοτίβο, και τις «μη ανακατασκευασμένες», οι οποίες σχηματίζουν πιο χαλαρά τετράγωνα μοτίβα. Στις πρώτες, το οξυγόνο δεν μπορούσε να διασπαστεί εύκολα. Στις δεύτερες, η διάσπαση γινόταν πολύ πιο εύκολα –δισεκατομμύρια έως τρισεκατομμύρια φορές πιο εύκολα, σύμφωνα με τους υπολογισμούς.
Αυτό μπορεί να εξηγεί γιατί τα νανοσωματίδια χρυσού συμπεριφέρονται τόσο διαφορετικά από τον συμπαγή χρυσό: οι μικροσκοπικές τους επιφάνειες ίσως δεν προλαβαίνουν να σχηματίσουν πλήρως την πυκνή, σταθερή διάταξη, αφήνοντας εκτεθειμένες πιο δραστικές περιοχές. Τα ευρήματα της μελέτης προσφέρουν μια νέα στρατηγική για τον σχεδιασμό καταλυτών με βάση τον χρυσό, ικανών να συνδυάζουν ανθεκτικότητα στη διάβρωση και αποτελεσματική ενεργοποίηση του οξυγόνου.