Ο χρυσός είναι χημικά αδρανής και έτσι δεν θαμπώνει, όμως ο ακριβής λόγος παρέμενε μυστήριο.
Ο χρυσός δεν θαμπώνει όπως άλλα μέταλλα, όπως το ασήμι, ο χαλκός ή ο σίδηρος. Παρά τη διαχρονική του λάμψη, το γιατί συμβαίνει αυτό έμενε μέχρι σήμερα ασαφές. Ερευνητές όμως ίσως έφτασαν επιτέλους σε μια εξήγηση για το τι κάνει το πολύτιμο μέταλλο τόσο ανθεκτικό στην αλλαγή και πώς μπορεί να θαμπώσει.
Ο χρυσός είναι χημικά αδρανής, πράγμα που σημαίνει ότι δεν αντιδρά με μόρια από το περιβάλλον του, όπως το οξυγόνο στον αέρα. Αυτό είναι εξαιρετικό για τα κοσμήματα, αλλά περιορίζει τη χρησιμότητά του στη χημεία, όπου οι ερευνητές θεωρούν ότι θα μπορούσε να αποτελέσει χρήσιμο καταλύτη, αν μπορούσε να βγει από την αδράνειά του.
Οι Matthew Montemore και Santu Biswas από το Tulane University στη Λουιζιάνα μελέτησαν ένα φαινόμενο που ονομάζεται αναδιάταξη και συμβαίνει όταν ένα κομμάτι χρυσού κόβεται, δημιουργώντας μια νέα επιφάνεια.
«Τα άτομα απλώς μισούν τόσο πολύ να βρίσκονται σε μια επιφάνεια, ώστε αναδιατάσσονται εντελώς», λέει ο Montemore. Συχνά, σχηματίζουν ένα μοτίβο που θυμίζει επαναλαμβανόμενα εξάγωνα και μετά δεν μετακινούνται άλλο, επειδή η ενέργειά τους είναι χαμηλή σε αυτή τη διάταξη. Η αναδιάταξη δεν είναι συνηθισμένη στα μέταλλα, γι’ αυτό οι ερευνητές αναρωτήθηκαν αν συμβάλλει στην αδρανή συμπεριφορά του χρυσού.
Χρησιμοποίησαν έναν υπερυπολογιστή για να προσομοιώσουν τις κβαντικές καταστάσεις των ατόμων σε διάφορες αναδιατάξεις που μπορεί να συμβούν κατά τη διάρκεια της αναδιάταξης και για να αναλύσουν τις αλληλεπιδράσεις τους με το οξυγόνο. Για να χάσει μια αναδιαταγμένη επιφάνεια χρυσού μέρος της λάμψης της, ένα μόριο οξυγόνου θα έπρεπε πρώτα να διασπαστεί στα δύο μόλις προσκρούσει πάνω της. Οι προσομοιώσεις των ερευνητών έδειξαν ότι αυτή η διάσπαση απαιτεί πολύ μεγάλη ενέργεια όταν τα άτομα βρίσκονται σε εξαγωνικό μοτίβο, κάτι που καθιστά το θαμπώμα πολύ απίθανο, αλλά πολύ λιγότερη ενέργεια όταν η διάταξή τους είναι ορθογώνια.
Επειδή το εξαγωνικό μοτίβο είναι πιο συνηθισμένο, ο χρυσός τείνει να παραμένει λαμπερός. Ο Biswas λέει ότι αυτή η σύνδεση ανάμεσα στη γεωμετρία των ατόμων, την αναδιάταξη και την οξείδωση δεν είχε εξεταστεί ποτέ μέχρι σήμερα.
Η κατανόηση αυτού του μηχανισμού μπορεί να βοηθήσει τους ερευνητές να κάνουν τον χρυσό πιο χρήσιμο ως καταλύτη, λέει ο Hongliang Xin από το Virginia Tech. «Το συναρπαστικό συμπέρασμα είναι ότι η καταλυτική συμπεριφορά του χρυσού μπορεί να ρυθμιστεί ελέγχοντας την επιφανειακή αναδιάταξη», λέει. Ο Montemore αναφέρει ότι ένας τρόπος για να ελεγχθεί η αναδιάταξη, οδηγώντας για παράδειγμα τα άτομα σε ορθογώνια μοτίβα που είναι λιγότερο αδρανή απέναντι στο οξυγόνο, θα μπορούσε να είναι η τοποθέτηση ενός κομματιού χρυσού σε ηλεκτρικό κύκλωμα και η εφαρμογή τάσης.
«[Αυτή η εργασία] μας λέει κάτι που ίσως δεν είχε εξεταστεί πριν. Σίγουρα υπάρχει εδώ κάτι που μπορούν να μελετήσουν πειραματικοί ερευνητές», λέει ο Andrew Beale από το University College London. Αναφέρει ότι η ιδέα της χρήσης του χρυσού ως καταλύτη έχει ήδη επιβεβαιωθεί για ορισμένες αντιδράσεις με τη χρήση νανοσωματιδίων του πολύτιμου μετάλλου. Έτσι, η προσπάθεια να γίνει ο χρυσός χρήσιμος με αυτόν τον νέο τρόπο θεωρείται αρκετά ρεαλιστική, αλλά παραμένουν ερωτήματα για το πώς η ανάλυση της ομάδας μπορεί να συνδεθεί με αντικείμενα όπως αυτά τα νανοσωματίδια, που έχουν καμπύλες επιφάνειες, λέει ο Beale.
Στο επόμενο στάδιο, οι ερευνητές θέλουν να επεκτείνουν την ανάλυσή τους σε αντιδράσεις με άλλα μόρια πέρα από το οξυγόνο, καθώς και σε κράματα χρυσού, πέρα από τον καθαρό χρυσό.
Physical Review Letters DOI: 10.1103/g3bc-t1qv
