Ο χρυσός μπορεί να παραμένει λαμπερός επειδή ορισμένα από τα άτομα της επιφάνειάς του αναδιοργανώνονται σε δομές που εμποδίζουν τις αντιδράσεις οξυγόνου.
Γιατί ο χρυσός διατηρεί την λάμψη του;
Ο χρυσός έχει εκτιμηθεί εδώ και χιλιετίες επειδή διατηρεί τη λάμψη του, αλλά νέα έρευνα από το Πανεπιστήμιο Tulane υποδηλώνει ότι αυτή η ανθεκτικότητα δεν εξηγείται μόνο από τη χημεία.
Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Physical Review Letters, ερευνητές του Tulane διαπίστωσαν ότι τα άτομα σε ορισμένες χρυσές επιφάνειες μπορούν να μετατοπιστούν σε προστατευτικές διατάξεις που μειώνουν σημαντικά τις αντιδράσεις με το οξυγόνο.
Αυτό το εύρημα βοηθά να εξηγηθεί γιατί τα χρυσά κοσμήματα και άλλα χρυσά αντικείμενα μπορούν να παραμείνουν λαμπερά για αιώνες. Μπορεί επίσης να βοηθήσει τους επιστήμονες να σχεδιάσουν καλύτερους καταλύτες με βάση το χρυσό για βιομηχανική χημεία και χρήσεις που σχετίζονται με την ενέργεια.
Τα άτομα σχηματίζουν μια κρυφή ασπίδα
«Οι άνθρωποι γενικά πίστευαν ότι ο χρυσός δεν θαμπώνει απλώς και μόνο επειδή δεν αλληλεπιδρά έντονα με το οξυγόνο», δήλωσε ο Matthew Montemore, αναπληρωτής καθηγητής Χημικής Μηχανικής στη Σχολή Επιστημών και Μηχανικής του Tulane. «Αυτό που δείχνουμε είναι ότι για δύο από τους πιο συνηθισμένους τύπους επιφανειών χρυσού, τα άτομα της επιφάνειας στην πραγματικότητα αναδιατάσσονται με τρόπο που κάνει τον χρυσό πολύ πιο ανθεκτικό στην οξείδωση».
Ο Montemore και ο συν-συγγραφέας Santu Biswas, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Τμήμα Χημικής και Βιομοριακής Μηχανικής του Tulane, χρησιμοποίησαν προσομοιώσεις σε υπολογιστή για να μελετήσουν πώς συμπεριφέρονται τα άτομα και τα ηλεκτρόνια όταν τα μόρια οξυγόνου συναντούν δύο κοινές δομές επιφάνειας χρυσού. Τα αποτελέσματά τους έδειξαν ότι τα μόρια οξυγόνου θα διασπαστούν και θα αντιδρούν με τον χρυσό πολύ πιο εύκολα εάν τα άτομα της επιφάνειας δεν αναδιοργανωθούν.
Με τις αναδιαταγμένες επιφάνειες στη θέση τους, οι αντιδράσεις με οξυγόνο μειώθηκαν κατά ένα δισεκατομμύριο έως ένα τρισεκατομμύριο φορές. Στην πραγματικότητα, τα μετατοπισμένα άτομα δημιουργούν ένα προστατευτικό φράγμα σε ατομική κλίμακα, βοηθώντας τον χρυσό να παραμείνει λαμπερός για εξαιρετικά μεγάλα χρονικά διαστήματα.
Η αντίσταση του χρυσού περιορίζει τους καταλύτες
Τα αποτελέσματα προσφέρουν μια νέα εξήγηση για την περίφημη αντίσταση του χρυσού στο θάμπωμα, ενώ παράλληλα δείχνουν πιθανές βελτιώσεις στην κατάλυση.
Οι καταλύτες με βάση τον χρυσό, οι οποίοι βοηθούν τις χημικές αντιδράσεις να συμβαίνουν ταχύτερα, χρησιμοποιούνται ήδη σε ορισμένες βιομηχανικές αντιδράσεις οξείδωσης. Αλλά η ίδια αντίσταση που καθιστά τον χρυσό χρήσιμο για κοσμήματα και ηλεκτρονικά μπορεί επίσης να τον κάνει λιγότερο αποτελεσματικό στην χημική κατασκευή και στις ενεργειακές εφαρμογές, επειδή δεν διασπά εύκολα μόρια οξυγόνου.
Οι καταλύτες που συνδυάζουν χρυσό και παλλάδιο χρησιμοποιούνται για την παραγωγή οξικού βινυλίου, μιας χημικής ουσίας που χρησιμοποιείται για την κατασκευή πολλών πλαστικών και άλλων υλικών. Οι καταλύτες χρυσού μελετώνται επίσης για εφαρμογές όπως η απομάκρυνση μονοξειδίου του άνθρακα από τα καυσαέρια των οχημάτων και η παραγωγή οξειδίου του προπυλενίου, μιας σημαντικής βιομηχανικής χημικής ουσίας.
Ο σχεδιασμός επιφανειών θα μπορούσε να απελευθερώσει την αντιδραστικότητα
«Εάν μπορείτε να ξεγελάσετε τον χρυσό ώστε να διασπάσει το οξυγόνο, μπορεί στην πραγματικότητα να γίνει ένας πολύ αποτελεσματικός καταλύτης για ορισμένες αντιδράσεις», δήλωσε ο Montemore. «Η εργασία μας προτείνει μια νέα στρατηγική για να το κάνετε αυτό ενδεχομένως αποτρέποντας ή αντιστρέφοντας αυτές τις αναδιατάξεις της επιφάνειας».
Οι προηγούμενες προσπάθειες για τη βελτίωση των καταλυτών χρυσού συχνά επικεντρώνονταν στην ανάμειξη χρυσού με άλλα μέταλλα ή στην τοποθέτηση μικροσκοπικών νανοσωματιδίων χρυσού σε επιφάνειες οξειδίου. Η νέα εργασία υποδηλώνει ότι η αλλαγή της γεωμετρίας της ίδιας της επιφάνειας του χρυσού θα μπορούσε να προσφέρει έναν άλλο τρόπο για να γίνει ο χρυσός πιο αντιδραστικός.
www.worldenergynews.gr
