Miksi kulta ei tartu? Tiede yllättää jälleen

Olen aina ihmetellyt kultaa. Siinä on jotain lähes taianomaista – voit kaivaa esiin tuhannen vuoden takaisen kultakaulakorun, kiillottaa sen nopeasti, ja se näyttää melkein siltä kuin se olisi valmistettu viime viikolla. Samaan aikaan luotettava hopeasormuksesi on vihertänyt sormea jo viidettä kertaa tässä kuussa.

Vuosikausia oletimme, että kulta on liian "jalometalli" reagoimaan minkään kanssa. Liian hienostunut kemian maailmalle. Mutta nyt käy ilmi, että olemme puuttuneet jotain todella oleellista.

Tulane-yliopiston tutkijat julkaisivat juuri tuloksia, jotka kääntävät koko oletuksen päälaelleen. Ja rehellisesti sanottuna selitys on paljon mielenkiintoisempi kuin osasin odottaa.

Atomitason puolustusjärjestelmä

Tässä tapahtuu jotain pienimmällä tasolla: kun katsot kultaa läheltä – tarkoitan todella läheltä, atomien mittakaavassa – kultaatomit eivät vain istu paikallaan kuin kurinalaiset sotilaat. Ne järjestyvät jatkuvasti uudelleen suojakaavioiksi, jotka toimivat kuin mikroskooppinen kilpi.

Tutkimusta johtaneen kemiantekniikan professorin Matthew Montemoren mukaan: "Ihmiset ovat yleisesti ajatelleet, että kulta ei tartu vain siksi, että se ei reagoi voimakkaasti hapen kanssa." Mutta se on vain puolet totuudesta.

Todellinen syy? Nuo pint atomit tekevät jotain hämmästyttävää. Ne siirtyilevät ja järjestyvät uudelleen tavalla, joka tekee happimolekyylien hajoamisesta ja kultaan reagoimisesta äärimmäisen vaikeaa. Puhumme hapettumisreaktioiden vähenemisestä miljardista biljoonaan kertaan. Tämä ei ole kirjoitusvirhe.

Mitä tämä tarkoittaa esiäitisi vihkisormukselle?

Käytännön merkitys on melko suoraviivainen: kulta ei ole vain tummumaton, koska se on kemiallisesti passiivinen (tiedemiehet kutsuvat tätä "laiskaksi" reaktioiden suhteen). Se on suojattu tällä itseorganisoituvalla atomipanssarilla, joka on hiljaisesti puolustanut korujasi vuosituhansien ajan.

Tämän vuoksi voimme löytää muinaisen Egyptin kultaesineitä, jotka yhä kiiltävät. Se ei johdu vain kiillotuksesta – jollain tasolla kulta on itse asiassa taistellut rappeutumista vastaan koko ajan.

Tässä tulee se todella mielenkiintoinen osuus

Nyt tulee se tutkimuksen osa, joka kiehtoo minua eniten. Sama ominaisuus, joka tekee kullasta täydellisen koruille ja elektroniikalle – sen itsepäinen kieltäytyminen reagoimasta hapen kanssa – on todellisuudessa ongelma, kun haluamme käyttää kultaa teollisessa kemianteollisuudessa.

Kultapohjaisia katalysaattoreita käytetään jatkuvasti valmistuksessa. Ne auttavat tuottamaan vinyyliasetaattia (jota käytetään muoveissa), ja tutkijat selvittävät tapoja käyttää kultakatalysaattoreita autopäästöjen puhdistamiseen ja muiden hyödyllisten kemikaalien valmistamiseen.

Ongelma? Kulta on niin hyvä vastustamaan happea, että se joskus kamppailee tehdäkseen kemiallisia reaktioita, joita me haluaisimme sen tekevän.

Montemore tiivistää kauniisti: "Jos onnistut huijaamaan kultaa dissosioimaan happea, siitä voi tulla todella tehokas katalysaattori tietyille reaktioille."

Ja arvaa mitä? Tämä uusi ymmärrys atomien pintajärjestäytymisestä antaa tutkijoille täysin uuden strategian. Sen sijaan, että yhdistettäisiin kultaa muihin metalleihin tai käytettäisiin pieniä nanohiukkasia, tutkijat voivat nyt mahdollisesti hallita miten kultaatomit järjestyvät pinnalle – käytännössä keinoja poistaa tilapäisesti tuo suojeleva atomikilpi silloin, kun tarvitsemme kultan olevan kemiallisesti aktiivisempaa.

Oma näkemykseni

En tiedä teistä, mutta itseäni tyydyttää tämäntyyppiset löydökset. Olemme käyttäneet kultaa yli 7 000 vuoden ajan, ja vasta nyt ymmärrämme yhden sen perustavanlaatuisista salaisuuksista. Maailmassa on vielä niin paljon opittavaa.

Lisäksi jotain runollista on siinä, että kultan maineikkaan kestävyyden takana ovat atomit, jotka järjestyvät uudelleen – eivät siksi, että ne olisivat jäykkiä ja muuttumattomia, vaan siksi, että ne ovat sopeutuvaisia. Tuo suojeleva kaavio ei ole kiinteä este; se on dynaaminen vaste ympäristölle.

Ehkä siinä on elämänopetus jossain. Ole kuin kulta: pysy hohtavana oppimalla järjestäytymään uudelleen.

Haluatko tietää enemmän arkipäiväisten materiaalien tieteestä? Kirjoita kommentti alle – rakastan kuulla, mitä mysteereitä haluaisit minun tutkivan seuraavaksi!

Lähde: ScienceDaily - Miksi kulta ei tartu on vihdoin selitetty