Почему золото не тускнеет: физики раскрыли механизм атомной самозащиты благородного металла

Ученые из Тулейнского университета выяснили точную физическую причину, по которой золото сохраняет свой первоначальный вид и не подвергается воздействию окружающей среды на протяжении длительного времени. Согласно результатам работы, опубликованной в научном журнале Physical Review Letters, атомы на поверхности данного благородного металла способны к спонтанной реорганизации. В результате этого процесса формируется физический барьер, который блокирует химические реакции с кислородом на атомарном уровне.

Ранее в научном сообществе преобладала гипотеза, что устойчивость золота к потускнению обусловлена исключительно его слабой химической активностью и отсутствием выраженного взаимодействия с молекулами кислорода. Команда физиков и инженеров из Школы естественных наук Университета Тулейн внесла важные коррективы в эту теорию. Авторами исследования выступили доцент Мэттью Монтемор и постдокторант Санту Бисвас.

Для изучения окислительных процессов исследователи применили методы расширенного компьютерного моделирования, позволяющие прогнозировать поведение атомов и электронов при контакте с газовой средой. Анализу подверглись два наиболее распространенных типа золотых поверхностей. Расчеты показали, что в случае искусственного предотвращения структурных изменений на поверхности, молекулы кислорода способны расщепляться и вступать в прямую реакцию с металлом.

Однако в естественных условиях атомы золота самостоятельно перестраиваются, создавая плотные защитные конфигурации. Выяснилось, что подобная структурная реорганизация подавляет вероятность протекания окислительных реакций в диапазоне от одного миллиарда до одного триллиона раз. Сформированный таким образом барьер физически препятствует химической деградации, обеспечивая материалу долговечность без потери исходных оптических характеристик.

Полученные данные имеют прямое прикладное значение для промышленного сектора. По официальным заявлениям авторов проекта, понимание механизмов поверхностной атомной перестройки будет использовано для проектирования высокоэффективных катализаторов на основе золота. Данные компоненты широко востребованы в химической отрасли и энергетике для контроля реакций индустриального окисления. В дальнейшем исследователи планируют изучить возможности применения аналогичных принципов структурной защиты для разработки новых композитных материалов, полностью невосприимчивых к коррозионным процессам.

Источник:phys.org