Auksas vertinamas ne tik dėl retumo ar spindesio, bet ir dėl itin didelio atsparumo korozijai. Skirtingai nei geležis ar varis, jis praktiškai nerūdija ir neapsineša oksidų sluoksniu net po labai ilgo laiko.
Ši savybė chemijoje siejama su vadinamuoju cheminiu kilnumu, kai medžiaga mažai reaguoja su aplinkoje esančiu deguonimi. Vis dėlto klausimas, kas tiksliai lemia tokį auksui būdingą inertiškumą, ilgą laiką buvo aiškinamas gana apibendrintai.
Kas vyksta aukso paviršiuje?
Tulane universiteto mokslininkai Santu Biswas ir Matthew M. Montemore kompiuterinėmis simuliacijomis išnagrinėjo, kaip deguonies molekulės sąveikauja su skirtingos sandaros aukso paviršiais. Tyrime daugiausia dėmesio skirta tam, ar deguonies molekulė gali „perskilti“ į du aktyvius deguonies atomus.
Modeliuota dviem atvejais: kai paviršiaus atomai susirikiuoja į labai tankią, stabilią, šešiakampę struktūrą, ir kai susidaro laisvesnis, labiau kvadratinis motyvas. Būtent šis skirtumas, anot autorių, ir paaiškina, kodėl masyvus auksas beveik neoksiduojasi.
Tankiame šešiakampiame tinkle deguonies molekulei tiesiog neužtenka „vietos“ patogiai suirti, todėl oksidacijos procesas beveik neprasideda. Laisvesnėje, kvadratinėje geometrijoje sąlygos priešingos, todėl deguonis daug lengviau aktyvuojamas.
Kodėl aukso nanodalelės elgiasi kitaip?
Mokslininkai pabrėžia, kad nanodalelių elgsena gali stipriai skirtis nuo masyvaus metalo. Mažose aukso dalelėse ne visada susiformuoja tobulai „užrakintas“ tankus paviršius, todėl atsiveria reaktyvesni plotai, kuriuose deguonies aktyvacija tampa reali.
Tai svarbu katalizėje, kur deguonies aktyvavimas yra vienas pagrindinių žingsnių daugelyje oksidacijos reakcijų. Pavyzdžiui, norint paversti anglies monoksidą anglies dioksidu, reikalingi reaktyvūs deguonies atomai, o metalų paviršiai gali padėti deguoniui „atsiskirti“.
Tokiuose procesuose auksas teoriškai būtų patrauklus, nes yra chemiškai stabilus ir pats nelinkęs greitai irti. Tuo tarpu aktyvesni katalizatoriai neretai sukelia nepageidaujamų šalutinių reakcijų arba laikui bėgant koroduoja.
Kas keičiasi pramonei ir technologijoms?
Tyrimo autoriai teigia, kad rezultatai siūlo praktinę kryptį, kaip kurti aukso pagrindu pagamintus katalizatorius: mažinti paviršiaus „susitvarkymą“ į tankią struktūrą arba stabilizuoti kvadratinius ir stačiakampius motyvus. Taip būtų galima suderinti du, iš pažiūros priešingus, tikslus: atsparumą korozijai ir didesnį katalizinį aktyvumą.
„Tai suteikia naują supratimą, kodėl auksas toks inertiškas deguonies atžvilgiu, ir rodo, kad kvadratinės ar stačiakampės struktūros gali reikšmingai padidinti oksidacijos reakcijų katalizinį efektyvumą“, – rašė tyrėjai.
Tyrimo išvados paskelbtos žurnale Physical Review Letters. Mokslininkų teigimu, tokie modeliavimai gali padėti tiksliau projektuoti paviršius, kurie reikalingi švaresnėms, stabilesnėms ir ilgaamžiškesnėms katalizinėms technologijoms.
Leave a Reply