ทำไมทองคำถึงไม่เป็นสนิม

นักวิจัยค้นพบว่ากระบวนการปรับสภาพผิวทองคำช่วยป้องกันไม่ให้โลหะเป็นสนิมและหมองคล้ำเนื่องจากการออกซิเดชัน

พบทองคำแท่ง 63.8 กรัมในอลาสกา สหรัฐอเมริกา ภาพ: Robert M. Lavinsky/Wikipedia

ในการศึกษาที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 21 พฤษภาคม ในวารสาร Physical Review Letters นักเคมีคอมพิวเตอร์สองคน คือ Santu Biswas และ Matthew Montemore จากมหาวิทยาลัย Tulane ในสหรัฐอเมริกา ค้นพบ สาเหตุที่ทองคำเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันได้ยากกว่าโลหะชนิดเดียวกัน พวกเขาอธิบายว่า การจัดเรียงอะตอมบนพื้นผิวของทองคำสร้างโครงสร้างที่แน่นหนามาก ทำให้โมเลกุลของออกซิเจนไม่สามารถหลุดออกไปเพื่อกระตุ้นปฏิกิริยาออกซิเดชันได้ง่าย (กระบวนการที่ออกซิเจน (หรือธาตุเช่นกำมะถัน) ทำปฏิกิริยากับโลหะและยึดเกาะกับพื้นผิว) การสะสมของพันธะออกซิเจนนี้เองที่ทำให้เกิด "สนิม" ในเหล็กและเกิดคราบหมองในโลหะอื่นๆ ระดับการยึดเกาะของออกซิเจนขึ้นอยู่กับว่าโครงสร้างอะตอมของโลหะยึดอิเล็กตรอนไว้แน่นแค่ไหน

ทองคำเป็นโลหะที่มีค่าที่สุดชนิดหนึ่งบนโลก เนื่องจากมีความทนทานต่อสนิม การหมอง และการกัดกร่อนเป็นพิเศษ หมายความว่ามันไม่ทำปฏิกิริยารุนแรงกับอะตอมหรือโมเลกุลอื่นๆ เมื่อตัดแท่งทองคำ พื้นผิวที่เปิดออกจะเปลี่ยนรูปร่างภายในไม่กี่วินาที อะตอมจะจัดเรียงตัวใหม่เพื่อสร้างพื้นผิวที่มีลักษณะเป็นซิกแซก ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "การปรับโครงสร้างพื้นผิวใหม่"

จากข้อมูลของ Science Alert บิสวาสและมอนเตมอร์ใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อทำความเข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลออกซิเจนสัมผัสกับพื้นผิวทองคำที่มีการจัดเรียงอะตอมแตกต่างกัน รวมถึงพื้นผิวที่เกิดการสร้างใหม่ (อะตอมเรียงตัวเป็นรูปหกเหลี่ยมแน่น) และพื้นผิวที่ยังไม่เกิดการสร้างใหม่ (โครงสร้างรูปสี่เหลี่ยมที่หลวมกว่า) บนพื้นผิวที่เกิดการสร้างใหม่ โมเลกุลออกซิเจนไม่พบพื้นที่เพียงพอที่จะแยกตัวออกเป็นสองอะตอมได้ง่ายเหมือนบนพื้นผิวที่ยังไม่เกิดการสร้างใหม่ นี่อาจอธิบายได้ว่าทำไมอนุภาคนาโนทองคำขนาดเล็กจึงมีพฤติกรรมแตกต่างจากทองคำขนาดใหญ่ พวกมันไม่พัฒนาไปเป็นพื้นผิวที่เกิดการสร้างใหม่ได้อย่างสมบูรณ์เหมือนที่พบในทองคำก้อนใหญ่ ทำให้บริเวณรูปสี่เหลี่ยมที่มีปฏิกิริยามากกว่าปรากฏออกมา

นิตยสาร Scientific American รายงานว่า ทีมวิจัยได้คำนวณพลังงานที่จำเป็นในการออกซิไดซ์ทองคำก่อนและหลังการฟื้นฟู พวกเขาพบว่าโมเลกุลออกซิเจนในอากาศ (ซึ่งประกอบด้วยอะตอมออกซิเจนสองอะตอมที่เชื่อมต่อกัน) สามารถแยกตัวและเกาะติดกับอะตอมทองคำบนพื้นผิวที่ไม่ได้รับการฟื้นฟูได้ง่าย กระบวนการฟื้นฟูจะดึงอะตอมทองคำจำนวนมากออกจากมวลทองคำ แทรกเข้าไปในพื้นผิว และเปลี่ยนโครงสร้างสี่เหลี่ยมธรรมดาให้กลายเป็นรูปหกเหลี่ยมหนาแน่นที่มีสันและร่องมากมาย กระบวนการนี้ทำให้พื้นผิวทองคำเข้าใกล้สมดุลทางอุณหพลศาสตร์มากขึ้น ทำให้อะตอมทองคำสามารถแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างกันได้ง่าย แต่ทำให้การแทรกซึมของออกซิเจนยากขึ้น

การค้นพบใหม่นี้อาจช่วยให้ นักวิทยาศาสตร์ ออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาจากทองคำที่สร้างสมดุลระหว่างความต้านทานการกัดกร่อนและการกระตุ้นออกซิเจนอย่างมีประสิทธิภาพ

( อ้างอิงจาก vnexpress.net )

ที่มา: https://baodongthap.vn/ly-do-vang-khong-bi-han-gi-a241335.html