Веками считалось, что золото сохраняет свой блеск исключительно благодаря своей химической инертности. Однако новое исследование физиков показало, что драгоценный металл обладает гораздо более сложным механизмом защиты. Оказалось, поверхность золота способна самостоятельно перестраиваться на атомном уровне, создавая своеобразный барьер, который практически полностью блокирует окисление. По словам ученых, это открытие не только объясняет загадку "вечного" золота, но и открывает новые возможности для развития современных технологий, передает inbusiness.kz со ссылкой на Naked-Science.
Исследователи выяснили, что атомы на поверхности золота способны самостоятельно перестраиваться в особые защитные структуры. Такой невидимый барьер препятствует контакту металла с кислородом и подавляет процесс окисления в триллион раз эффективнее, чем поверхность любого другого металла.
"До сих пор в научном сообществе преобладало мнение, что устойчивость золота к потускнению объясняется исключительно его химической природой. Считалось, что этот металл практически не вступает в реакции с окружающей средой, поэтому способен сохранять свой первоначальный внешний вид на протяжении столетий", - отметили ученые.
Однако результаты компьютерного моделирования, проведённого исследователями из Тулейнского университета в США, показали, что ключевую роль играет не только химическая инертность, но и особая конфигурация атомной структуры поверхности, а также поведение электронов.
Учёные объяснили, что если бы поверхностные атомы золота оставались неподвижными и сохраняли обычную кристаллическую решётку, молекулы кислорода из воздуха легко расщеплялись бы на отдельные высокоактивные атомы. После этого они вступали бы в прочную химическую связь с металлом, из-за чего золото постепенно темнело бы и покрывалось оксидной плёнкой.
"В действительности происходит совершенно иной процесс. Благодаря уникальной перестройке атомов поверхность металла формирует своеобразный защитный щит на наноуровне. Именно он препятствует взаимодействию золота с кислородом и объясняет, почему старинные монеты, украшения и другие изделия способны сохранять первоначальный блеск на протяжении многих веков и даже тысячелетий", - пояснили физики.
Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters. Авторы работы отмечают, что открытие имеет большое значение не только для фундаментальной науки, но и для практического применения.
Сегодня золото широко используется в высокотехнологичной промышленности в качестве катализатора — вещества, ускоряющего химические реакции. Однако именно защитная атомная структура, благодаря которой металл практически не подвергается окислению, одновременно делает его менее эффективным в качестве катализатора, поскольку затрудняет взаимодействие поверхности с другими химическими элементами.
"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).
По мнению исследователей, понимание нового механизма открывает принципиально новые перспективы для материаловедения. Вместо традиционного подхода, который предполагает создание дорогостоящих сплавов с другими металлами или использование наночастиц, специалисты смогут точечно управлять геометрией поверхности самого золота.
"Такой подход позволит создавать значительно более эффективные катализаторы для промышленности, химического производства и экологически чистой энергетики. В частности, речь идёт о технологиях получения чистого водорода, которые считаются одним из наиболее перспективных направлений развития мировой энергетики", - пояснили авторы исследования.
Новое открытие не только объяснило одну из самых известных загадок благородного металла, но и показало, что даже хорошо изученные материалы способны преподносить сюрпризы. Исследование может стать основой для разработки новых технологий, в которых свойства золота будут использоваться гораздо эффективнее, чем сегодня.
Читайте по теме:
В Таиланде нашли золотые кольца возрастом около 2000 лет
