Ο χρυσός έχει από καιρό βραβευτεί για τη λαμπερή, μακροχρόνια λάμψη του. Τώρα, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Tulane έχουν αποκαλύψει έναν σημαντικό λόγο για τον οποίο το πολύτιμο μέταλλο είναι τόσο ανθεκτικό στο αμαύρωση. Τα ευρήματά τους δείχνουν ότι η αντοχή του χρυσού δεν καθορίζεται αποκλειστικά από τη χημεία του. Αντίθετα, η διάταξη των ατόμων στην επιφάνειά του παίζει σημαντικό ρόλο.
Έρευνα, δημοσιευμένη Επιστολή φυσικής αναθεώρησηςΔιαπιστώθηκε ότι ορισμένα άτομα επιφάνειας χρυσού μεταναστεύουν φυσικά σε προστατευτικά σχέδια που καθιστούν εξαιρετικά δύσκολη την αντίδραση του οξυγόνου με το μέταλλο.
Αυτή η συμπεριφορά που εντοπίστηκε πρόσφατα εξηγεί γιατί τα χρυσά κοσμήματα, τα νομίσματα και άλλα αντικείμενα μπορούν να διατηρήσουν τη λάμψη τους για αιώνες. Αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να αναπτύξουν πιο αποτελεσματικούς καταλύτες με βάση τον χρυσό για βιομηχανική παραγωγή και τεχνολογίες καθαρής ενέργειας.
Οι κρυφές πυρηνικές άμυνες του σόναρ
«Οι άνθρωποι γενικά πιστεύουν ότι ο χρυσός δεν αμαυρώνει απλώς και μόνο επειδή δεν αλληλεπιδρά έντονα με το οξυγόνο», λέει ο Μάθιου Μόντεμορ, αναπληρωτής καθηγητής χημικής μηχανικής στη Σχολή Επιστήμης και Μηχανικής του Tulane. «Αυτό που δείχνουμε είναι ότι για δύο κοινούς τύπους επιφανειών χρυσού, τα επιφανειακά άτομα στην πραγματικότητα αναδιατάσσονται με τρόπο που καθιστά τον χρυσό πολύ πιο ανθεκτικό στην οξείδωση».
Για να διερευνήσουν τη διαδικασία, ο Montemore και ο συν-συγγραφέας Santu Biswas, μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο Τμήμα Χημικής και Βιομοριακής Μηχανικής του Tulane, χρησιμοποίησαν προσομοιώσεις υπολογιστή για να μοντελοποιήσουν πώς συμπεριφέρονται τα άτομα και τα ηλεκτρόνια. Εξέτασαν πώς αλληλεπιδρούν τα μόρια οξυγόνου με δύο κοινούς τύπους επιφανειών χρυσού.
Οι προσομοιώσεις αποκάλυψαν ότι εάν τα επιφανειακά άτομα δεν αναδιατάσσονταν, τα μόρια οξυγόνου θα μπορούσαν πιο εύκολα να διαχωριστούν και να αντιδράσουν με τον χρυσό. Αντίθετα, η πυρηνική αναδιοργάνωση περιορίζει δραματικά αυτές τις αντιδράσεις.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτές οι αναδομημένες επιφάνειες μειώνουν την αντιδραστικότητα του οξυγόνου κατά ένα δισεκατομμύριο έως ένα τρισεκατομμύριο. Στην πραγματικότητα, δημιουργούν ένα προστατευτικό φράγμα ατομικής κλίμακας που επιτρέπει στον χρυσό να λάμπει σχεδόν απεριόριστα.
Τι σημαίνει η ανακάλυψη για τους καταλύτες χρυσού
Πέρα από την εξήγηση μιας από τις πιο αναγνωρίσιμες ιδιότητες του χρυσού, η έρευνα θα μπορούσε να έχει σημαντικές επιπτώσεις για την κατάλυση.
Οι καταλύτες με βάση τον χρυσό, οι οποίοι επιταχύνουν τις χημικές αντιδράσεις, χρησιμοποιούνται ήδη σε διάφορες βιομηχανικές διαδικασίες οξείδωσης. Ωστόσο, η ίδια ιδιότητα που καθιστά τον χρυσό εξαιρετικά ανθεκτικό στο οξυγόνο, καθιστώντας τον ιδανικό για κοσμήματα και ηλεκτρονικά είδη, μειώνει επίσης την αποτελεσματικότητά του για ορισμένες χημικές αντιδράσεις και αντιδράσεις που σχετίζονται με την ενέργεια.
Για παράδειγμα, οι καταλύτες χρυσού παλλαδίου χρησιμοποιούνται για την παρασκευή οξικού βινυλίου, απαραίτητο συστατικό σε πολλά πλαστικά και άλλα προϊόντα. Οι επιστήμονες εξερευνούν επίσης καταλύτες χρυσού για εφαρμογές όπως η αφαίρεση του μονοξειδίου του άνθρακα από τα καυσαέρια των αυτοκινήτων και η παραγωγή ενός άλλου ευρέως χρησιμοποιούμενου βιομηχανικού χημικού, του οξειδίου του προπυλενίου.
“Εάν μπορείτε να χειριστείτε τον χρυσό για να διαχωρίσετε το οξυγόνο, μπορεί πραγματικά να γίνει ένας πολύ αποτελεσματικός καταλύτης για ορισμένες αντιδράσεις”, είπε ο Montemore. «Η δουλειά μας προτείνει μια νέα στρατηγική για την πιθανή πρόληψη ή αναστροφή αυτών των επιφανειακών ανακατατάξεων».
Μια νέα στρατηγική για καλύτερη κατάλυση
Μέχρι τώρα, οι προσπάθειες για τη βελτίωση των καταλυτών χρυσού εστιάζονταν κυρίως στον συνδυασμό χρυσού με άλλα μέταλλα ή στη χρήση μικροσκοπικών νανοσωματιδίων χρυσού σε επιφάνειες οξειδίου.
Νέα ευρήματα δείχνουν ότι μπορεί να υπάρχει άλλος δρόμος μπροστά. Ελέγχοντας τη γεωμετρία της επιφάνειας του χρυσού και τον τρόπο με τον οποίο διατάσσονται τα άτομα του, οι ερευνητές μπορεί να είναι σε θέση να αυξήσουν την καταλυτική απόδοση του μετάλλου και να αποκτήσουν μια βαθύτερη κατανόηση του γιατί ο χρυσός παρέμεινε ακάθαρτος σε όλη την ιστορία.
