راز درخشش همیشگی طلا چیست؟

طلا از دیرباز بهدلیل درخشش چشمگیر و ماندگارش ارزشمند بوده است. اکنون پژوهشگران دانشگاه تولین آمریکا دریافتهاند که راز مقاومت استثنایی این فلز در برابر کدر شدن تنها به ویژگیهای شیمیایی آن محدود نمیشود.

طلا از دیرباز بهدلیل درخشش چشمگیر و ماندگارش ارزشمند بوده است. اکنون پژوهشگران دانشگاه تولین آمریکا دریافتهاند که راز مقاومت استثنایی این فلز در برابر کدر شدن تنها به ویژگیهای شیمیایی آن محدود نمیشود.
به گزارش پایگاه خبری «ساینس دیلی»، نتایج این پژوهش که در نشریه «فیزیکال رویو لترز» منتشر شده، نشان میدهد نحوه آرایش اتمها روی سطح طلا نقشی تعیینکننده در مقاومت آن در برابر اکسید شدن ایفا میکند.
بر اساس این مطالعه، اتمها روی برخی سطوح طلا بهطور طبیعی در الگوهای محافظتی ویژهای بازآرایی میشوند.
این آرایش اتمی واکنش اکسیژن با طلا را بهشدت دشوار میکند و توضیح میدهد چرا زیورآلات، سکهها و دیگر اشیای ساختهشده از طلا میتوانند درخشش خود را برای قرنها حفظ کنند.
پژوهشگران معتقدند این کشف علاوه بر روشن کردن دلیل درخشش ماندگار طلا میتواند به توسعه کاتالیزورهای مبتنی بر طلا برای کاربردهای صنعتی و فناوریهای انرژی پاک نیز کمک کند.
متیو مونتمور، دانشیار مهندسی شیمی در دانشکده علوم و مهندسی دانشگاه تولین، گفت: «مردم بهطور کلی گمان میکنند طلا به این دلیل کدر نمیشود که برهمکنش چندانی با اکسیژن ندارد. یافتههای ما حاکی از آن است که در دو نوع از رایجترین سطوح طلا، اتمهای سطحی به شکلی بازآرایی میشوند که مقاومت این فلز در برابر اکسید شدن را بهطور چشمگیری افزایش میدهد.»
مونتمور و سانتو بیسواس، پژوهشگر پسادکتری دانشگاه تولین، برای بررسی این فرآیند از شبیهسازیهای رایانهای استفاده کردند تا رفتار اتمها و الکترونها و نحوه برهمکنش مولکولهای اکسیژن با دو نوع متداول از سطوح طلا را مورد بررسی قرار دهند.
نتایج این شبیهسازیها نشان داد اگر اتمهای سطح طلا بازآرایی نمیشدند، مولکولهای اکسیژن بهمراتب آسانتر تجزیه شده و با طلا واکنش میدادند. اما این بازآرایی طبیعی، واکنشهای اکسیداسیون را بهشدت محدود میکند.
به گفته پژوهشگران، این ساختارهای بازآراییشده میزان واکنش طلا با اکسیژن را بین یک میلیارد تا یک تریلیون برابر کاهش میدهند. در نتیجه، نوعی سد محافظ در مقیاس اتمی شکل میگیرد که درخشش طلا را تقریبا برای همیشه حفظ میکند.
راهی تازه برای افزایش کارایی کاتالیزورهای طلا
پژوهشگران معتقدند این یافتهها میتواند به ساخت کاتالیزورهای کارآمدتر نیز منجر شود. کاتالیزورهای مبتنی بر طلا که برای تسریع واکنشهای شیمیایی به کار میروند، هماکنون در شماری از فرآیندهای اکسیداسیون صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند.
با این حال، همان ویژگی که طلا را در برابر اکسیژن بسیار مقاوم و آن را به فلزی ایدهآل برای ساخت جواهرات و قطعات الکترونیکی تبدیل کرده است، در برخی واکنشهای شیمیایی و فناوریهای مرتبط با انرژی، کارایی آن را بهعنوان کاتالیزور کاهش میدهد.
برای نمونه، کاتالیزورهای طلا-پالادیوم در تولید وینیل استات، یکی از مواد اولیه مهم صنایع پلاستیک، کاربرد دارند.
همچنین پژوهشگران در حال بررسی استفاده از کاتالیزورهای طلا برای حذف مونوکسید کربن از گازهای خروجی خودروها و تولید پروپیلن اکسید، یکی از مواد شیمیایی پرمصرف در صنایع مختلف، هستند.
مونتمور گفت: «اگر بتوان طلا را بهگونهای وادار کرد که مولکولهای اکسیژن را تجزیه کند، این فلز میتواند برای برخی واکنشهای شیمیایی به کاتالیزوری بسیار کارآمد تبدیل شود.»
او افزود: «یافتههای ما راهبرد تازهای را برای دستیابی به این هدف پیشنهاد میکند؛ راهبردی که بر جلوگیری از بازآرایی اتمهای سطح طلا یا معکوس کردن این فرآیند استوار است.»
به گزارش ساینس دیلی، تاکنون اکثر تلاشها برای افزایش کارایی کاتالیزورهای طلا، بر ترکیب این فلز با سایر فلزات یا استفاده از نانوذرات طلا روی سطوح اکسیدی متمرکز بوده است.
اما نتایج این پژوهش نشان میدهد کنترل هندسه سطح طلا و نحوه آرایش اتمهای آن نیز میتواند مسیر تازهای برای ارتقای عملکرد کاتالیستی این فلز بگشاید؛ رویکردی که بر درک عمیقتر از علت مقاومت تاریخی طلا در برابر کدر شدن بنا شده است.