به گزارش عصر تجارت، طلا همیشه به خاطر درخشش خیرهکننده و مقاومت بینظیرش در برابر زمان شناخته شده است. برخلاف بسیاری از فلزات که در برابر اکسیژن، رطوبت و خوردگی آسیبپذیرند، طلا هزاران سال بدون تغییر رنگ و زنگزدگی میدرخشد. اما دلیل علمی این پدیده چیست؟ و آیا میتوان از همین طلا برای واکنشهای شیمیایی حساس استفاده کرد؟
نجیب بودن شیمیایی طلا
این ویژگی که طلا در برابر واکنش با اکسیژن مقاومت میکند، در شیمی به عنوان «نجیب بودن» شناخته میشود. طلا نجیبترین فلز شناخته شده است و به ندرت با عناصر دیگر مثل اکسیژن پیوند برقرار میکند. تا پیش از این، دانشمندان میدانستند که طلا واکنشپذیری کمی دارد، اما دلیل دقیق این موضوع در سطح اتمی هنوز جای سوال داشت.
نقش چیدمان اتمها
دو شیمیدان محاسباتی از دانشگاه تولین در آمریکا، سانتو بیسواس و متیو ام. مونتهمور، با استفاده از شبیهسازیهای کامپیوتری پیشرفته، به این سوال پاسخ دادند. تحقیقات آنها نشان میدهد که کلید ماجرا در نحوه چیدمان اتمها روی سطح طلا است.
آنها دو نوع ساختار مختلف را بررسی کردند:
سطوح بازسازیشده (فشرده): اتمها در یک الگوی ششضلعی بسیار فشرده قرار دارند. این همان ساختاری است که طلا به طور طبیعی ترجیح میدهد.
سطوح بازسازینشده (شل): اتمها در الگوهای مربعمانند و شلتری قرار میگیرند.
تفاوت رفتار در مقیاس نانو
نتایج شبیهسازیها حیرتانگیز بود:
در سطوح فشرده (ششضلعی)، مولکولهای اکسیژن فضای کافی برای تجزیه شدن به اتمهای جداگانه ندارند. به همین دلیل، واکنش اکسیداسیون (زنگزدن) رخ نمیدهد و طلا مقاوم میماند.
در سطوح شل (مربعی)، مولکولهای اکسیژن به راحتی از هم جدا میشوند و واکنشپذیری بسیار بالایی پیدا میکنند.
این کشف توضیح میدهد که چرا نانوذرات طلا با طلای تودهای (قطعات بزرگ) رفتار متفاوتی دارند. نانوذرات ممکن است نتوانند ساختار فشرده و مقاوم را به طور کامل توسعه دهند و نواحی واکنشپذیرتری را در معرض دید قرار دهند. در واقع، تفکیک اکسیژن روی سطوح شل، میلیاردها تا تریلیونها برابر آسانتر از سطوح فشرده است.
کاربردهای آینده: مهندسی کاتالیزورهای طلا
این یافتهها میتوانند انقلابی در صنعت شیمی ایجاد کنند. طلا به دلیل بیاثر بودن کلی، کاتالیزور ایدهآلی برای بسیاری از واکنشهاست، اما مشکل اینجاست که معمولاً برای فعالسازی اکسیژن (مثلاً تبدیل CO به CO2) ضعیف عمل میکند.
دانشمندان اکنون میدانند که با طراحی سطوحی با ساختارهای مربعی یا مستطیلی و به حداقل رساندن بازسازی سطح، میتوانند فعالیت کاتالیزوری طلا را برای واکنشهای اکسیداسیون به طور چشمگیری افزایش دهند. این استراتژی جدید به مهندسان کمک میکند تا کاتالیزورهایی بسازند که هم مقاوم باشند و هم واکنشپذیری لازم برای انجام واکنشهای شیمیایی مهم را داشته باشند.
