Открытие найдет применение и в химической промышленности.
Одной из самых известных особенностей золота является его удивительный желтый блеск, который сохраняется длительное время и не теряет своей насыщенности. Это связано с тем, что золото слабо реагирует с кислородом в окружающей среде. Тем не менее, точные физические механизмы, объясняющие это явление, были изучены недостаточно. Новое исследование, опубликованное в Physical Review Letters, раскрывает некоторые аспекты этой загадки.
Золото становится «закрытым» для взаимодействий с кислородом благодаря тому, что атомы на поверхности металла формируют структуры, которые снижают взаимодействие с этим окислителем. Такой микроскопический барьер позволяет золоту долго сохранять блеск и определяет некоторые другие химические свойства, которые могут быть полезны в промышленности и науке.
Видимый цвет объектов во многом определяется их молекулярной химией — тем, как свет взаимодействует с электронами материала. В случае металлов делокализованные электроны поглощают и повторно излучают фотоны в широком диапазоне. Особенность золота заключается в том, что релятивистские эффекты заставляют его электроны двигаться со скоростью, превышающей половину скорости света. Это приводит к поглощению части голубых фотонов, что придает золоту характерный желтый цвет.
Таким образом, ученые решили исследовать атомное и молекулярное движение, чтобы понять причины слабого взаимодействия золота с кислородом. Для этого они проанализировали два наиболее распространенных типа золотых поверхностей. Авторы исследования использовали компьютерное моделирование, чтобы выяснить поведение атомов и электронов на поверхности золота при соприкосновении с молекулами кислорода.
Исследователи пришли к выводу, что слабое взаимодействие золота с кислородом само по себе недостаточно, чтобы обеспечить его устойчивость к окислению в наблюдаемой степени. Оказалось, что кислород удерживается от взаимодействия с золотом благодаря гексагональной структуре атомов, образующейся на поверхности материала. Эта структура не позволяет атомам кислорода взаимодействовать с электронами золота. Модели показали, что если принять структуру за прямоугольную, то степень взаимодействия увеличивается.
Это открытие может быть использовано на практике. Золото часто выступает в качестве катализатора в промышленности и науке. Однако его специфические взаимодействия с кислородом накладывают определенные условия и ограничения на его применение. Учитывая новые данные о влиянии атомной структуры на химические свойства, можно создать более эффективные катализаторы на основе золота.
Фото: hi-tech.mail.ru