قد نعرف أخيرًا سبب بقاء الذهب لامعًا جدًا

تصبح الفضة باهتة، ويتحول النحاس إلى اللون الأخضر، ويصدأ الحديد، لكن الذهب يظل دائمًا لامعًا. ظل سبب حدوث ذلك لغزًا، لكن ربما اكتشف الباحثون أخيرًا ما الذي يجعل المعدن الثمين مقاومًا للتغيير وكيفية تشويهه.

الذهب خامل كيميائيًا، مما يعني أنه لا يتفاعل مع الجزيئات الموجودة في محيطه، مثل الأكسجين الموجود في الهواء. وهذه أخبار عظيمة بالنسبة للمجوهرات، ولكنها تحد من فائدة الذهب في الكيمياء، حيث يعتقد الباحثون أنه يمكن أن يكون حافزا مفيدا – فقط إذا أمكن إخراجه من خموله.

قام ماثيو مونتيمور وسانتو بيسواس من جامعة تولين في لويزيانا بالتحقيق في ظاهرة تسمى إعادة البناء، والتي تحدث عندما يتم قطع قطعة من الذهب، مما يخلق سطحًا جديدًا.

يقول مونتيمور: “إن الذرات تكره وجودها على السطح لدرجة أنها تعيد ترتيبها بالكامل”. في كثير من الأحيان، يتم إعادة ترتيبها في نمط يشبه الأشكال السداسية المتكررة، ثم لا تخلط أكثر لأن طاقتها منخفضة في هذا الترتيب. إعادة البناء ليست شائعة بين المعادن، لذلك تساءل الباحثون عما إذا كانت تساهم في خمول الذهب.

استخدموا حاسوبًا فائقًا لمحاكاة الحالات الكمومية للذرات لعدة عمليات إعادة ترتيب مختلفة يمكن أن تحدث أثناء إعادة البناء ولتحليل تفاعلاتها مع الأكسجين. لكي يفقد سطح الذهب المعاد بناؤه بعضًا من بريقه، يجب أن ينقسم جزيء الأكسجين أولاً إلى قسمين عند اصطدامه به. كشفت عمليات المحاكاة التي أجراها الباحثون أن مثل هذا الانقسام يتطلب الكثير من الطاقة للذرات ذات النمط السداسي، مما يجعل التشويه غير مرجح للغاية، ولكنه يتطلب طاقة أقل بكثير عندما يكون ترتيبها مستطيلًا.

نظرًا لأن النمط السداسي أكثر شيوعًا، يميل الذهب إلى البقاء لامعًا. يقول بيسواس إن هذه العلاقة بين هندسة الذرات وإعادة البناء والأكسدة لم يتم النظر فيها من قبل.

إن فهمها الآن يمكن أن يساعد الباحثين على جعل الذهب أكثر فائدة كعامل محفز، كما يقول هونجليانج شين من جامعة فرجينيا للتكنولوجيا. ويقول: “الخلاصة المثيرة للاهتمام هي أن السلوك التحفيزي للذهب يمكن ضبطه من خلال التحكم في إعادة بناء السطح”. يقول مونتمور إن إحدى طرق التحكم في إعادة البناء، مثل دفع الذرات إلى أنماط مستطيلة أقل خمولًا للأكسجين، يمكن أن تكون عن طريق وضع قطعة من الذهب في دائرة كهربائية وتطبيق الجهد الكهربي.

“[This work] يخبرنا بشيء ربما لم يتم أخذه في الاعتبار من قبل. يقول أندرو بيل من جامعة كوليدج لندن: “من المؤكد أن هناك شيئًا ما هنا يجب على التجريبيين الذهاب إليه والنظر فيه. ويقول إن فكرة استخدام الذهب كمحفز قد تم إثباتها بالفعل في تفاعلات معينة باستخدام جزيئات نانوية الحجم من المعدن الثمين. إن مشروع جعل الذهب مفيدًا بهذه الطريقة الجديدة يعد واقعيًا إلى حد ما، ولكن تظل هناك أسئلة حول كيفية ربط تحليل الفريق بأشياء مثل هذه الجسيمات النانوية، التي تميل إلى أن تكون لها أسطح منحنية، كما يقول بيل.

للمضي قدمًا، يريد الباحثون توسيع تحليلهم ليشمل التفاعلات مع جزيئات أخرى غير الأكسجين، وكذلك سبائك الذهب بالإضافة إلى الذهب الخالص.