Физики впервые объяснили, почему золото не тускнеет тысячелетиями ❋ 3.5

Уче­ные вы­яс­ни­ли, что зо­ло­то вла­де­ет уни­каль­ной «тех­ни­кой са­мо­о­бо­ро­ны», ко­то­рая за­щи­ща­ет его от по­туск­не­ния. Ока­за­лось, ато­мы на по­верх­но­сти это­го ме­тал­ла спо­соб­ны са­мо­сто­я­тель­но пе­ре­стра­и­вать­ся в осо­бые за­щи­т­ные струк­ту­ры. Та­кой не­ви­ди­мый ба­рьер бло­ки­ру­ет кон­такт с кис­ло­ро­дом и по­дав­ля­ет про­цесс окис­ле­ния в три­л­ли­он раз эф­фек­тив­нее, чем по­верх­ность лю­бо­го дру­го­го ме­тал­ла.

В на­уч­ном со­об­ще­стве ра­нее бы­ло при­ня­то счи­тать, что «веч­ный блеск» зо­ло­та объ­яс­ня­ет­ся ис­клю­чи­тель­но его инер­т­ной хи­ми­че­ской при­ро­дой — то есть тем, что оно из­на­чаль­но не­о­хо­т­но вза­и­мо­дей­ству­ет с окру­жа­ю­щей сре­дой. Од­на­ко ко­м­пью­тер­ное мо­де­ли­ро­ва­ние, про­ве­ден­ное ис­сле­до­ва­те­ля­ми из Ту­лей­н­ско­го уни­вер­си­те­та (США), по­ка­за­ло клю­че­вую роль имен­но кон­фи­гу­ра­ции ато­м­ной струк­ту­ры и по­ве­де­ния элек­тро­нов.

Ес­ли бы по­верх­но­ст­ные ато­мы зо­ло­та оста­ва­лись не­по­дви­ж­ны­ми и со­хра­ня­ли свою стан­дар­т­ную кри­стал­ли­че­скую ре­шет­ку, мо­ле­ку­лы кис­ло­ро­да из воз­ду­ха ле­г­ко рас­ще­п­ля­лись бы на от­дель­ные вы­со­ко­а­к­тив­ные ато­мы и всту­па­ли в проч­ную хи­ми­че­скую связь с ме­тал­лом, за­став­ляя его те­м­неть и по­кры­вать­ся ок­сид­ной плен­кой. Вме­сто это­го уни­каль­ная при­род­ная пе­ре­строй­ка ато­мов со­з­да­ет не­пре­о­до­ли­мый за­щи­т­ный щит на на­но­у­ро­в­не, ко­то­рый бло­ки­ру­ет окис­ле­ние и объ­яс­ня­ет, по­че­му ста­рин­ные мо­не­ты и юве­ли­р­ные укра­ше­ния со­хра­ня­ют пе­р­во­з­дан­ный блеск на про­тя­же­нии мно­гих ве­ков.

Это от­кры­тие, опи­сан­ное в жур­на­ле Physical Review Letters, име­ет се­рьез­ное пра­к­ти­че­ское зна­че­ние для тех­но­ло­гий бу­ду­ще­го. Де­ло в том, что се­го­д­ня зо­ло­то ак­тив­но ис­поль­зу­ют в вы­со­ко­тех­но­ло­ги­ч­ной про­мы­ш­лен­но­сти в ка­че­стве ка­та­ли­за­то­ра — осо­бо­го ве­ще­ства, уско­ря­ю­ще­го про­те­ка­ние хи­ми­че­ских ре­а­к­ций. Од­на­ко воз­ни­ка­ет па­ра­докс: та са­мая ста­биль­ная за­щи­т­ная ато­м­ная струк­ту­ра, ко­то­рая де­ла­ет зо­ло­то иде­аль­ным и дол­го­веч­ным ма­те­ри­а­лом для юве­ли­ров и ми­к­ро­элек­тро­ни­ки, од­но­вре­мен­но силь­но сни­жа­ет его хи­ми­че­скую эф­фек­тив­ность и ме­ша­ет вза­и­мо­дей­ство­вать с дру­ги­ми эле­мен­та­ми в сло­ж­ных про­мы­ш­лен­ных про­цес­сах.

«Ес­ли мы на­у­чи­м­ся „об­ма­ны­вать“ зо­ло­то, пре­до­т­вра­щая или об­ра­щая вспять эту ато­м­ную пе­ре­строй­ку, мы смо­жем за­ста­вить его го­раз­до ак­тив­нее рас­ще­п­лять кис­ло­род», — объ­яс­нил со­ав­тор ис­сле­до­ва­ния до­цент ка­фед­ры хи­ми­че­ской ин­же­не­рии Мэттью Мон­те­мор (Matthew Montemore).

По­ни­ма­ние это­го ме­ха­низ­ма от­кры­ло при­н­ци­пи­аль­но но­вые пу­ти в ма­те­ри­а­ло­ве­де­нии. Вме­сто тра­ди­ци­он­но­го и до­ро­го­го со­з­да­ния спла­вов с дру­ги­ми ме­тал­ла­ми или ис­поль­зо­ва­ния на­но­ча­стиц уче­ные те­перь смо­гут то­чеч­но управ­лять гео­мет­ри­ей по­верх­но­сти са­мо­го зо­ло­та. Это поз­во­лит со­з­да­вать мно­го­крат­но бо­лее мо­щ­ные ка­та­ли­за­то­ры для про­из­вод­ства и зе­ле­ной энер­ге­ти­ки, вклю­чая чи­стые во­до­род­ные тех­но­ло­гии.