Ученые выяснили, почему золото почти не тускнеет со временем

Ученые объяснили, почему золото может сохранять свой блеск веками. Компьютерное моделирование показало, что атомы на некоторых металлических поверхностях самопроизвольно перестраиваются и создают структуру, затрудняющую взаимодействие с кислородом. Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Обычно устойчивость золота к потускнению объясняется его низкой химической активностью. Новый анализ показывает, что одной химии недостаточно. Атомы в верхнем слое металла меняют свое расположение и образуют упорядоченный узор, отличающийся от внутренней структуры кристалла. На отдельных поверхностях появляется плотная структура с гексагональным расположением атомов.

Эта перегруппировка предотвращает распад молекул кислорода на отдельные атомы. Именно это расщепление необходимо для начала реакции окисления. На поверхности с нормальным расположением атомов кислород мог бы гораздо легче расщепляться и вступать в реакцию с золотом.

Расчеты показали, что защитная структура замедляет взаимодействие золота с кислородом в пределах от миллиарда до триллиона раз. Фактически атомная поверхность создает естественный барьер, который помогает металлу сохранять цвет и блеск в течение длительного времени.

Открытие важно не только для объяснения свойств ювелирных изделий и древних золотых предметов. Золото также используется в качестве катализатора — материала, ускоряющего химические реакции. Его используют или рассматривают для производства пластиковых компонентов, очистки выхлопов автомобилей от угарного газа, производства промышленных химических соединений.

В то же время та же стойкость к кислороду, которая защищает золотые изделия от потускнения, ограничивает возможности металла в промышленности. Для некоторых реакций катализатор должен отделять молекулы кислорода, а перестроенная поверхность золота препятствует этому процессу.

Исследователи предполагают, что эффективность золотых катализаторов можно повысить, если научиться предотвращать или обращать вспять защитную перегруппировку атомов. Ранее предпринимались попытки усилить активность золота в основном за счет соединения с другими металлами или создания наночастиц на специальных основах. Новая работа указывает на другой путь — управление геометрией поверхности на атомном уровне.