למה זהב לא חלודה? מדענים מזהים “חשיבה אטומית” לאחר הסיבולה של מתכת יקרה

בכימיה, נכס זה נקרא <x0) קיבולת כימית”, כלומר פעילות נמוכה מאוד עם חומרים אחרים, במיוחד חמצן, שהוא המקור העיקרי של חלודה במכות רגילות.

מדענים ידעו מזה זמן רב שהזהב אינו ברור מדוע הוא מתרחש ברמה אטומית. מחקר חדש של שני כימאים, Santu Biswas ו Matthew M. מונטמור מאוניברסיטת טולנה בארצות הברית מציע הסבר עמוק יותר.

על פי אותם, הסוד הוא כיצד אטומים רשומים על פני השטח של זהב. על פני השטח של זהב, אטומים נוטים להיות מאורגנים למבנה קומפקטי מאוד מסודר, בדרך כלל hexagonal.

מבנה זה יציב מאוד והוא יוצר “שמציל את ה<x1 הטבעי שהופך את זה קשה אינטראקציה מולקולות חמצן עם משטח המתכת. בפועל, משמעות הדבר היא כי חמצן לא ניתן לחלק בקלות לאטומים בודדים כדי להתחיל את תהליך החמצן, שהוא הצעד הראשון של חלודה.

החוקרים מצאו כי אם מבנה פני השטח משתנה, זהב יכול להיות הרבה יותר תגובתי. כאשר האטומים אינם קושרים בדרך הצפופה הרגילה, אך במבנים פתוחים או מרובעים יותר, מולקולות חמצן יכולות להיות הרבה יותר קלות להתפרק.

במקרים מסוימים, זה קורה מיליארדים לטריליון פעמים מהר יותר מאשר על משטחים רגילים של זהב. זה מסביר פרדוקס מעניין, הסיבה לכך שמיסה - זהב בצורת הוא כל כך לא רלוונטי, בעוד החלקים הננו יכולים להיות מאוד תגובתיים.

בקנה מידה הננו, הזהב אינו תמיד מסוגל ליצור את המבנה הקומפקטי הרגיל שלו, ולהשאיר אזורים פתוחים ופעילים יותר מבחינה כימית. אזורים אלה יכולים לתקשר בקלות רבה יותר עם חמצן ולהפעיל אותו לתגובות כימיות.

גילוי זה חשוב לא רק להבין את טבע הזהב, אלא גם לשימושים מעשיים. בגלל האינטונציה שלו, זהב הוא מועמד טוב לזרז כימי, אשר מסייע להאיץ את התגובות מבלי לצרוך את עצמו.

עם זאת, חוסר הפעילות הנמוכה שלה תמיד הייתה הגבלה. המחקר החדש מציע כי על ידי שינוי מבנה פני השטח של זהב, מדענים יכולים ליצור זרז יעיל יותר לתגובות כגון המרת פחמן חד תחמוצת פחמן לתוך פחמן דו תחמוצת פחמן.

למעשה, ההתנגדות לחלודה היא לא מפתח “strategy”, אלא תוצאה פשוטה של המבנה האטומי היציב יותר שלה. אותה סיבולת, מה שהופך אותו נצחי לשחיקה, יכול גם להיות המפתח לשימושים חדשים בכימיה וטכנולוגיה.