🔩 Ο σίδηρος σκουριάζει, ο χρυσός όχι
Ο σίδηρος σκουριάζει με τον καιρό. Ο χαλκός πρασινίζει. Ο χρυσός όμως παραμένει αστραφτερός, σχεδόν για πάντα. Επιστήμονες ανακάλυψαν πρόσφατα ακριβώς ποια ιδιότητα εξηγεί γιατί ο χρυσός παραμένει τόσο «καθαρός».
Η οξείδωση είναι ο τύπος χημικής αντίδρασης που κάνει ένα μέταλλο να σκουριάζει ή να θαμπώνει όταν έρχεται σε επαφή με οξυγόνο. Νέα δεδομένα δείχνουν ότι τα άτομα στην επιφάνεια του χρυσού αναδιατάσσονται σε μια γεωμετρία που εμποδίζει αυτή ακριβώς την οξείδωση. Χωρίς αυτή την αναδιάταξη, ο χρυσός θα άρχιζε να οξειδώνεται μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα.
🔬 Πώς λειτουργεί η οξείδωση
Στον αέρα, το οξυγόνο βρίσκεται σε μόρια, το καθένα αποτελούμενο από δύο άτομα οξυγόνου. Για να οξειδωθεί ένα μέταλλο, πρέπει πρώτα να «σπάσει» αυτό το ζευγάρι ατόμων· μόνο τότε τα μεμονωμένα άτομα οξυγόνου μπορούν να σχηματίσουν ενώσεις που κολλάνε στην επιφάνεια του μετάλλου.
Οι ερευνητές Santu Biswas και Matthew Montemore, από το Πανεπιστήμιο Tulane στη Νέα Ορλεάνη, υπολόγισαν πόσο καλά μπορούν οι διαφορετικές επιφάνειες του χρυσού να «σπάσουν» τα μόρια οξυγόνου — και δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στις 21 Μαΐου στο περιοδικό Physical Review Letters. Βρήκαν ότι η ικανότητα αυτή εξαρτάται αποκλειστικά από το πώς είναι διαταγμένα τα άτομα στην επιφάνεια.
⬡ Από τετράγωνα σε εξάγωνα
Φανταστείτε να κόψετε ένα κομμάτι χρυσού στα δύο. Θα δημιουργούσατε μια νέα επιφάνεια, που κάποτε βρισκόταν στο κέντρο του μετάλλου. Τα άτομα σε αυτή τη νέα, εκτεθειμένη επιφάνεια μετατοπίζονται τότε από τις αρχικές τους θέσεις.
Οι ερευνητές μελέτησαν δύο κοινές διευθετήσεις. Και στις δύο, άτομα που ήταν αρχικά διαταγμένα σε τετράγωνα αναδιατάχθηκαν σε εξάγωνα. Η εξαγωνική διάταξη αποδείχθηκε πολύ χειρότερη στο να «σπάει» το οξυγόνο σε σχέση με την τετράγωνη — για να το κάνει, θα έπρεπε πρώτα να παραμορφωθεί ξανά πίσω στο τετράγωνο σχήμα, κάτι που λειτουργεί σαν εμπόδιο και καθυστερεί την οξείδωση. (Μια τρίτη κοινή δομή επιφάνειας του χρυσού ήταν ήδη γνωστό ότι είναι κακή στην οξείδωση — είναι εξαγωνική εξαρχής.)
📉 Μια «τεράστια» διαφορά από μια μικροσκοπική μετατόπιση
Η ιστορία έχει κι άλλη μια πτυχή: υπό ορισμένες συνθήκες, ο χρυσός μπορεί να αντιδράσει με οξυγόνο, σχηματίζοντας οξείδιο του χρυσού — μια ασταθής ένωση. Έτσι, ακόμη κι αν ο χρυσός μπορούσε να σπάσει το οξυγόνο, θα σχηματιζόταν μόνο ένα λεπτότατο στρώμα οξειδίου, σημειώνει ο Montemore.
Το πόσο πιο αργά οξειδώνονται τα αναδιαταγμένα άτομα χρυσού αποδείχθηκε εντελώς απροσδόκητο για τους ίδιους τους ερευνητές: οι μικροσκοπικές αυτές μετατοπίσεις θέσης προκάλεσαν οξείδωση περίπου ένα δισεκατομμύριο έως ένα τρισεκατομμύριο φορές πιο αργή. Τα ευρήματα αυτά, σύμφωνα με τον Montemore, θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να σχεδιάσουν καλύτερους καταλύτες — υλικά που επιταχύνουν χημικές αντιδράσεις.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου