Физики впервые объяснили, почему золото не тускнеет тысячелетиями
Ученые выяснили, что золото владеет уникальной «техникой самообороны», которая защищает его от потускнения. Оказалось, атомы на поверхности этого металла способны самостоятельно перестраиваться в особые защитные структуры. Такой невидимый барьер блокирует контакт с кислородом и подавляет процесс окисления в триллион раз эффективнее, чем поверхность любого другого металла.В научном сообществе ранее было принято считать, что «вечный блеск» золота объясняется исключительно его инертной химической природой — то есть тем, что оно изначально неохотно взаимодействует с окружающей средой. Однако компьютерное моделирование, проведенное исследователями из Тулейнского университета (США), показало ключевую роль именно конфигурации атомной структуры и поведения электронов.
Если бы поверхностные атомы золота оставались неподвижными и сохраняли свою стандартную кристаллическую решетку, молекулы кислорода из воздуха легко расщеплялись бы на отдельные высокоактивные атомы и вступали в прочную химическую связь с металлом, заставляя его темнеть и покрываться оксидной пленкой. Вместо этого уникальная природная перестройка атомов создает непреодолимый защитный щит на наноуровне, который блокирует окисление и объясняет, почему старинные монеты и ювелирные украшения сохраняют первозданный блеск на протяжении многих веков.
Это открытие, описанное в журнале Physical Review Letters, имеет серьезное практическое значение для технологий будущего. Дело в том, что сегодня золото активно используют в высокотехнологичной промышленности в качестве катализатора — особого вещества, ускоряющего протекание химических реакций. Однако возникает парадокс: та самая стабильная защитная атомная структура, которая делает золото идеальным и долговечным материалом для ювелиров и микроэлектроники, одновременно сильно снижает его химическую эффективность и мешает взаимодействовать с другими элементами в сложных промышленных процессах.
«Если мы научимся „обманывать“ золото, предотвращая или обращая вспять эту атомную перестройку, мы сможем заставить его гораздо активнее расщеплять кислород», — объяснил соавтор исследования доцент кафедры химической инженерии Мэттью Монтемор (Matthew Montemore).
Понимание этого механизма открыло принципиально новые пути в материаловедении. Вместо традиционного и дорогого создания сплавов с другими металлами или использования наночастиц ученые теперь смогут точечно управлять геометрией поверхности самого золота. Это позволит создавать многократно более мощные катализаторы для производства и зеленой энергетики, включая чистые водородные технологии.
Источник: https://naked-science.ru/article/chemistry/fiziki-vpervye-obyasnili
