چرا طلا هرگز زنگ نمی‌زند؟ دانشمندان پاسخی تازه یافته‌اند

طلا برخلاف فلزاتی مانند آهن، به‌سختی اکسیده می‌شود؛ فرایندی که در آن اکسیژن یا عناصر دیگری مانند گوگرد با سطح فلز واکنش می‌دهند و به آن می‌چسبند. در مورد آهن، این فرایند باعث ایجادزنگ‌زدگی می‌شود و در سایر فلزات نیز معمولاً به صورت کدرشدن سطح به چشم می‌خورد.

میزان مقاومت فلز در برابر فرایند اکسیدشدگی به این امر بستگی دارد که ساختار اتمی آن تا چه اندازه می‌تواند الکترون‌های خود را نگه دارد. طلا در این زمینه بسیار پایدار است و به‌سختی الکترون‌هایش را از دست می‌دهد؛ به همین دلیل کمتر وارد واکنش‌های شیمیایی می‌شود و درخشش آن پایدار می‌ماند.

به‌گزارش ساینتیفیک آمریکن، اکنون دو پژوهشگر دانشگاه تولین در پژوهشی تازه، توضیح داده‌اند که مقاومت طلا در برابر زنگ‌زدگی فقط به رفتار الکترونی طلا محدود نمی‌شود. آن‌ها نشان داده‌اند که ساختار سطحی اتم‌های طلا نیز نقش مهمی در مقاومت آن در برابر اکسید شدن دارد.

طبق پژوهش جدید، زمانی که سطح طلا شکسته یا تازه ایجاد می‌شود، اتم‌های سطح به سرعت خود را بازآرایی و الگوی خاص و پیچیده‌ای به شکل زیگزاگ ایجاد می‌کنند که الگوی جناغی نامیده می‌شود. این پدیده «بازآرایی سطحی» نام دارد و در واقع نوعی تغییر سریع در چیدمان اتم‌ها در سطح فلز است.

پژوهشگران بررسی کردند که انرژی لازم برای اکسید شدن طلا قبل و بعد از این بازآرایی چقدر است. نتایج نشان داد در لحظات بسیار کوتاهی که سطح تازه طلا هنوز به‌طور کامل بازآرایی نشده، مولکول‌های اکسیژن موجود در هوا که از دو اتم اکسیژن تشکیل شده‌اند، راحت‌تر می‌توانند شکسته شوند و به سطح فلز بچسبند. در این بازه زمانی کوتاه، واکنش اکسید شدن به انرژی کمتری نیاز دارد.

اما پس از تکمیل بازآرایی سطح، ساختار اتمی طلا تغییر می‌کند. در این حالت، اتم‌ها از لایه‌های درونی فلز به سطح کشیده می‌شوند و ساختاری متراکم‌تر و منظم‌تر شکل می‌گیرد. این تغییر باعث می‌شود سطح طلا به حالتی پایدارتر نزدیک شود، اما در عین حال ورود اکسیژن به ساختار آن دشوارتر شود. به بیان ساده، سطح طلا پس از بازآرایی به گونه‌ای تنظیم می‌شود که برای اکسیژن «جاگرفتن» در آن سخت‌تر می‌شود. همین موضوع یکی از دلایل اصلی مقاومت بالای طلا در برابر زنگ‌زدگی و تغییر رنگ است.

پژوهشگران همچنین اشاره کرده‌اند که این یافته‌ها می‌تواند کاربردهای عملی داشته باشد. برای مثال، اگر بتوان بازآرایی سطح طلا را تحت کنترل درآورد، ممکن است بتوان از آن برای جذب یا جداکردن اکسیژن از گازها استفاده کرد؛ موضوعی که در فرآیندهای صنعتی مانند خالص‌سازی گازها اهمیت دارد.

پژوهش در ژورنال Physical Review Letters منتشر شده است.