Тайная геометрия атомов объяснила, почему золото сияет веками и никогда не покроется ржавчиной

Специалисты в области химии, представляющие Тулейнский университет, сумели детально разобраться в причинах, по которым золото демонстрирует колоссальную устойчивость к воздействию кислорода и способно не терять свой первозданный блеск на протяжении целых тысячелетий, пишет Газета.ру.

Секрет благородного металла: физики объяснили устойчивость золота к коррозии

Проведенные изыскания показали, что данный феномен обусловлен специфическим пространственным размещением атомных частиц на самой поверхности благородного металла. Они формируют настолько монолитную и сжатую структуру, что у газовых молекул банально отсутствует свободное пространство для инициации окислительного процесса. Научный доклад экспертов был официально обнародован в авторитетном профильном издании Physical Review Letters (PRL). Как сообщает в своем материале Елизавета Авдеенко, именно эта геометрическая особенность защищает металл от разрушения.

Геометрический фактор и компьютерные эксперименты

В научных кругах золото традиционно наделяют статусом наиболее благородного металла, поскольку оно фактически не подвержено ржавлению, не портится от времени и не генерирует на себе оксидные слои, в отличие от аналогичных процессов у серебра или железа. Подобная пассивность к внешним раздражителям долгое время оставалась предметом дискуссий в академической среде. Создатели нового проекта Санту Бисвас совместно со своим коллегой Мэттью Монтемором организовали детальное цифровое моделирование физических контактов молекул кислорода с наноскопическими золотыми плоскостями. В результате симуляций они установили, что определяющее значение в данном вопросе имеет именно пространственная геометрия атомной решетки.

Сравнение двух типов атомных структур

В ходе экспериментов эксперты детально сопоставили между собой два базовых типа поверхностной организации. Первым типом выступили реконструированные плоскости, в рамках которых отдельные атомы самостоятельно организуются в максимально спрессованную гексагональную конфигурацию. Вторым объектом изучения стали нереконструированные зоны, характеризующиеся более свободной и несвязанной «квадратной» матрицей. Итоговые показатели продемонстрировали колоссальное различие между этими состояниями.

На гексагональной плоскости с высокой плотностью элементов поступающие молекулы кислорода фактически теряли способность расщепляться на обособленные атомы, тогда как именно это расщепление выступает обязательным пусковым механизмом для старта коррозии. Напротив, на менее плотных участках разделение газов происходило в разы проще. Математические расчеты специалистов наглядно продемонстрировали, что показатель скорости диссоциации в подобных условиях увеличивался в миллиарды и даже триллионы раз. Физика процесса оказалась довольно очевидной: на монолитной поверхности летящему кислороду просто физически негде закрепиться и разделиться, в то время как свободная пространственная геометрия дает ему подобную техническую возможность.

Перспективы применения в современной катализации

Полученные теоретические выводы одновременно позволяют пролить свет на еще одну давнюю научную дилемму, связанную с тем, почему наноразмерные частицы золота, вопреки свойствам слитков, могут выступать в роли крайне эффективных катализаторов. Еще в конце двадцатого века, а именно в 1980-х годах, ученые экспериментально выявили, что золото на наноуровне способно великолепно активировать кислородные соединения и стимулировать химические превращения, несмотря на пассивность объемного куска металла.

Сегодня золото рассматривается как очень многообещающий компонент для индустриальных каталитических систем, так как оно не боится ржавчины и генерирует минимальное количество нежелательных отходов по сравнению с иными активными элементами. Исследователи убеждены, что искусственное конструирование поверхностных слоев со специфическими «квадратными» паттернами поможет удержать природную стойкость золота к разрушению и параллельно в разы поднять его каталитические свойства.