Nosta roomalainen kolikko maasta, ja se saattaa yhä kimmeltää. Tämä sitkeä hohto on askarruttanut ihmisiä vuosisatojen ajan. Uusi tutkimus Tulane-yliopistosta osoittaa nyt, että kullan kestävyys ei johdu pelkästään heikosta kemiasta; kyse on metallin pinnalla tapahtuvasta mikroskooppisesta versiosta musiikillisista tuoleista, jossa atomit vaihtavat paikkojaan.
Yksityiskohtaisia tietokonemallinnuksia käyttäen tutkijat selvittivät, miten happimolekyylit vuorovaikuttavat kahden yleisen kultapinnan tyypin kanssa. Heidän havaintonsa yllättivät: pintaatomit eivät pysy paikoillaan. Ne liukuvat uusiin järjestyksiin, jotka toimivat nanoskaalaisena esteenä estäen hapen hajoamisen ja sitoutumisen metalliin.
Kun pinta-atomit järjestäytyvät uudelleen, oksidaatio vähenee miljardista biljoonaan kertaan.
Tämän lauseen merkitys täytyy ymmärtää. Ilman sitä atomista vaihtelua happi dissosioituisi ja sitoutuisi paljon helpommin. Sen seurauksena reaktiot hidastuvat lähes pysähtyneiksi. Ilmiö ei ole kemiallinen kummallisuus vaan rakenteellinen ilmiö: atomitason kuvioinnit estävät hapen tarvitsemat reitit kullan oksidoitumiseen. Tämä auttaa selittämään, miksi korut, kolikot ja osa elektroniikasta voivat pysyä kirkkaana vuosisatojen ajan.
Mutta kääntöpuoli on olemassa. Sama reagoimattomuus, joka tekee kullasta kaunista, tekee siitä myös haastavan katalyyttisissa rooleissa, joissa hapen aktivointi on tarpeen. Kultaa sisältäviä katalyyttejä käytetään teollisissa oksidaatioprosesseissa, ja kultaa ja palladiumia sisältävät seokset auttavat tuottamaan vinyyliasetaattia, monien muovien esiasteita. Tutkijat harkitsevat myös kullan käyttöä pakokaasujen puhdistuksessa tai propyleenioksidin valmistuksessa. Mutta jos kulta kieltäytyy hajottamasta happea, sen hyödyllisyys näissä reaktioissa on rajoitettua.
Mikä on ratkaisu? Tulane-tiimi ehdottaa uutta lähestymistapaa: sen sijaan, että kultaa vain seostettaisiin tai nanopartikkeleita talletettaisiin oksideille, kemistit voisivat suunnitella pintageometrian itse pakottaakseen erilaisia atomijärjestyksiä tai estääkseen suojaavien rakenteiden muodostumisen. Toisin sanoen huijata atomit antamaan kullalle haluttua reaktiivisuutta säilyttäen samalla sen toivotut ominaisuudet.
Museon vitriineistä reaktorien kammioihin löydös muuttaa tapaa, jolla ajattelemme pitkään kemiallisesti etäisenä pidettyä metallia. Seuraava haaste on käytännöllinen: voivatko insinöörit ohjata atomiliikkeitä riittävän tarkasti tehdäkseen kullasta sekä kestävän koristeen että tehokkaan katalyytin?
"Olen ravitsemustieteilijä ja haluan auttaa ihmisiä syömään paremmin. Genomissa jaan tutkimuksiin perustuvia vinkkejä ravinnosta ja elämäntavoista."
Keskustelu
Jätä kommentti
Kommentit
Ei vielä kommentteja. Ole ensimmäinen.