Az arany évszázadok óta lenyűgözi az emberiséget tartós ragyogásával, amely nem fakul az idő múlásával. Ezt a régóta fennálló rejtélyt oldotta meg egy friss kutatás, melynek eredményei a Physical Review Letters című szaklapban láttak napvilágot, a Science Daily beszámolója szerint. A Tulane-i Egyetem tudósainak felfedezése szerint a nemesfém ellenállóképességének kulcsa a felszíni atomok különleges viselkedésében rejlik.
Hosszú ideig az volt az általánosan elfogadott nézet, hogy az arany azért nem oxidálódik, mert kémiailag nem lép erős kölcsönhatásba az oxigénnel. Ez az elképzelés azonban nem magyarázta teljes mértékben a fém kivételes stabilitását és tartós fényét. A Tulane-i Egyetem vegyészmérnöki tanszékének docense, Matthew Montemore és kutatótársa, Santu Biswas új megközelítést alkalmazott a jelenség vizsgálatára.
Kutatásuk során számítógépes szimulációkkal modellezték az arany felszínén lévő atomok és elektronok viselkedését. Különös figyelmet fordítottak arra, hogyan lépnek kölcsönhatásba az oxigénmolekulák az arany két leggyakoribb felület-típusával. Ezek a részletes modellezések vezettek el a korábbi feltételezéseket felülíró, úttörő felfedezéshez.
A szimulációk egyértelműen kimutatták, hogy az arany felszíni atomjai önmaguktól rendeződnek át, ezzel jelentősen megnövelve a fém oxidációval szembeni ellenálló képességét. Ha ez az atomi átrendeződés nem történne meg, az oxigénmolekulák sokkal könnyebben hasadnának szét, és lépnének reakcióba az arannyal. Ez a spontán folyamat kulcsfontosságú a nemesfém tartósságában.
Az atomi átrendeződés drasztikusan korlátozza az oxigénmolekulák reakciókészségét az arany felületén. Az átrendezett felületek milliárdszorosára, sőt akár billiószorosára is csökkentik az oxigénreakciók valószínűségét. Ez a mikroszkopikus szintű védelem magyarázza, miért őrzi meg az arany a fényét szinte korlátlan ideig.
Gyakorlatilag egy rendkívül hatékony, atomi léptékű védőréteg jön létre az arany felületén. Ez a réteg megakadályozza, hogy az oxigén károsítsa a fém szerkezetét, így az aranyékszerek és érmék évszázadokon át megőrzik eredeti ragyogásukat. A felfedezés mélyebb betekintést nyújt az anyagok viselkedésébe atomi szinten.
Ennek a felfedezésnek nem csupán elméleti, hanem komoly gyakorlati jelentősége is van, különösen a katalízis területén. Az aranyalapú katalizátorokat számos ipari oxidációs folyamatban alkalmazzák, ahol kulcsszerepet játszanak a kémiai reakciók felgyorsításában. Azonban éppen az a tulajdonság, amely az aranyat ellenállóvá teszi az oxigénnel szemben, csökkenti a hatékonyságát bizonyos vegyipari és energetikai reakciókban.
Példaként említhető az arany-palládium katalizátorok alkalmazása a vinil-acetát előállításában, amely a műanyagok egyik fontos alapanyaga. Emellett vizsgálják az arany szerepét a járművek kipufogógázából származó szén-monoxid semlegesítésében, ami környezetvédelmi szempontból kiemelten fontos. A propilén-oxid gyártásában is potenciális alkalmazási lehetőségeket kutatnak.
Matthew Montemore professzor szerint, ha sikerülne rávenni az aranyat az oxigén disszociációjára, akkor a fém rendkívül hatékony katalizátorrá válhatna számos kémiai folyamatban. A mostani kutatási eredmények éppen erre kínálnak lehetséges stratégiát, a felszíni atomi átrendeződések megakadályozásával vagy visszafordításával. Ez egy új irányt jelöl ki a katalizátorfejlesztésben.
Korábban az aranykatalizátorok hatékonyságának javítását főként más fémekkel való ötvözéssel vagy apró aranyszemcsék oxidfelületre helyezésével próbálták elérni. Az új felfedezés azonban rámutat, hogy a felület geometriájának és az atomok elrendeződésének közvetlen befolyásolásával is fokozható a fém katalitikus teljesítménye. Ez a megközelítés új lehetőségeket nyit meg az ipari alkalmazások számára.
📰 Forrás: Portfolio.hu — Eredeti cikk elolvasása