Почему золото не ржавеет: ученые впервые заглянули внутрь металла на атомном уровне

Ученые изучили золото на атомном уровне и поняли, почему оно не ржавеет Железо ржавеет за пару лет, серебро чернеет за месяц, а золотые монеты, пролежавшие на дне океана тысячи лет , выглядят как новые. Мы привыкли считать это просто свойством благородного металла, данностью, не требующей вопросов. Но на самом деле никто толком не знал, почему золото не ржавеет , пока ученые не заглянули в его структуру на атомном уровне. Оказывается, у золота есть хитрый защитный механизм, о котором раньше не догадывались. Как именно атомы этого металла обманывают кислород и время? Как появляется ржавчина на металлах Кислород — главная причина появления ржавчины и налета на большинстве металлов. Чтобы запустить реакцию окисления, молекула кислорода должна сначала разделиться на отдельные атомы, которые затем связываются с металлической поверхностью. Медь при этом зеленеет, железо покрывается рыжим налетом, а серебро темнеет. Долгое время считалось, что золото относится к благородным металлам и просто не вступает в активные химические реакции из-за своей инертности. Однако исследователи из Тулейнского университета решили проверить этот процесс на атомном уровне с помощью сложного квантово-механического моделирования. О результатах исследования рассказали авторы сайта ZME Science . Химики Санту Бисвас и Мэтью Монтемор изучили, как кислород ведет себя при контакте со свежим срезом золота. Выяснилось, что атомы на внешнем слое металла не остаются в том же положении, что и внутри слитка. Они сдвигаются и образуют новую конфигурацию этот процесс в физике называется поверхностной реконструкцией . Еще больше познавательных статей вы найдете в нашем Telegram-канале. Подпишитесь прямо сейчас! Что защищает золото от ржавчины Свежая, еще не перестроенная поверхность золота имеет довольно рыхлую структуру с квадратным расположением атомов. В таком виде у молекул кислорода достаточно свободного места, чтобы разделиться на части и запустить реакцию . Это похоже на толпу людей, стоящих рядами — между ними легко может протиснуться посторонний. Но как только поверхность металла проходит стадию реконструкции, атомы сдвигаются и плотно упаковываются, формируя идеальную шестиугольную решетку . В нашей аналогии толпа смыкает щиты и встает плечом к плечу. На такой гладкой и тесной броне кислородным молекулам попросту не хватает пространства для расщепления. Разница между двумя состояниями оказалась колоссальной. По словам авторов исследования, на перестроенной поверхности скорость распада кислорода замедляется в миллиард или даже в триллион раз по сравнению с изначальной структурой. Конечно, золотая защита не абсолютна, и оксид золота все же существует, но он крайне нестабилен. Именно поэтому старинные золотые кольца , саркофаги фараонов и монеты на затонувших галеонах сохраняют свой блеск из поколения в поколение. Их поверхность принимает состояние с минимальной энергией, делая окисление практически невозможным. Сколько золота можно извлечь из старых телефонов: мы упускаем шанс разбогатеть? Как золото может быть катализатором Открытие американских ученых также объясняет давний химический парадокс. Еще в 1980-х годах исследователи заметили, что крошечные частицы золота работают как отличные катализаторы для химических реакций , хотя массивные слитки для этого совершенно не годятся. Катализатору необходимо захватывать и активировать другие молекулы, а обычное золото казалось слишком инертным для такой задачи. Теперь причина стала ясна: из-за малого размера золотые наночастицы не могут полностью перестроиться в гладкую шестиугольную броню. На их поверхности остается множество неупорядоченных участков с квадратным расположением атомов. В этих зонах кислород находит необходимое пространство, чтобы разделиться и вступить в реакцию с другими веществами. Из-за своего крошечного размера золотые наночастицы не могут сформировать идеальную защитную поверхность Новые катализаторы на основе золота Контролируемое окисление и расщепление кислорода — важнейшие процессы для современной промышленности. Катализаторы необходимы для множества производственных цепочек. Уже сейчас соединения на основе золота успешно применяются для решения нескольких масштабных задач: превращение токсичного угарного газа из автомобильных выхлопов в менее опасный углекислый газ; производство винилацетата , основы для создания прочных пластиков и клеев; синтез оксида пропилена , который широко применяется в химической промышленности по всему миру. Золото идеально подходит для таких процессов. В отличие от более реактивных металлов, оно не разрушается со временем и не образует лишних побочных продуктов . Главная сложность заключалась лишь в том, чтобы заставить его работать. Раньше для улучшения золотых катализаторов металл смешивали с другими элементами. Новое исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters , предлагает другой путь — научиться искусственно фиксировать квадратную структуру поверхности. Если химики смогут предотвратить защитную перестройку атомов, самый инертный металл в мире превратится в невероятно мощный и долговечный химический инструмент. Не забудьте подписаться на наш канал в MAX с эксклюзивными постами, которых нет на сайте. нас уже более 1000 человек! Парадоксально, но именно та атомная структура, которая веками защищает золотые украшения от потускнения, ограничивает их пользу для науки. Поняв механику этого процесса, исследователи получили ключ к созданию нового поколения надежных материалов , способных сделать химическое производство намного чище и эффективнее.
Batafsil | Подробно | Read more... Hi News