سر بقاء الذهب لامعاً.. العلماء يكشفون الكواليس الذرية وراء مقاومته للاكسدة

يبقى الذهب النقي محتفظاً ببريقه ولامعاً لفترات طويلة، بينما تتعرض معادن أخرى للتأكسد وتتغير ألوانها مع مرور الوقت، ويوضح جزء أساسي من سر هذه المقاومة الاستثنائية الطريقة الفريدة التي تعيد بها ذرات سطحه ترتيب نفسها.

وفي هذا السياق، كشفت دراسة علمية أجها باحثان من جامعة تولين الأميركية ونُشرت في دورية "Physical Review Letters"، أن ذرات بعض أسطح الذهب تتبنى ترتيباً هندسياً يجعل من الصعب جداً على الأكسجين بدء عملية الأكسدة.

واعتمد الباحثان سانتو بيسواس وماثيو مونتيمور على عمليات محاكاة حاسوبية متقدمة تستند إلى ميكانيكا الكم، وذلك لدراسة كيفية تفاعل جزيئات الأكسجين مع نوعين شائعين من أسطح الذهب.

ويعمل الذهب كدرع دفاعي على المستوى الذري، حيث إنه لكي تبدأ عملية أكسدة المعدن، يجب أولاً تفكيك جزيء الأكسجين المكوّن من ذرتين، حتى تتمكن ذرات الأكسجين المنفردة من الارتباط بالمعدن وتكوين مركبات جديدة على سطحه.

وأظهرت الدراسة أنه عند تكوين سطح جديد للذهب، تقوم الذرات بإعادة ترتيب بنيتها من شكل مربع أو مستطيل إلى بنية شبه سداسية، وهذا التحول يجعل تفكيك جزيئات الأكسجين عملية بالغة الصعوبة، نظراً لأن السطح يحتاج في البداية إلى التشوه والعودة إلى ترتيب أقرب إلى الشكل المربع ليتمكن من فصل ذرتي الأكسجين.

وبحسب حسابات الباحثين، فإن هذا الترتيب السطحي الفريد يؤدي إلى إبطاء تفكك الأكسجين وتفاعله مع الذهب بمعدل هائل يتراوح بين مليار وتريليون مرة، مقارنة بالأسطح التي لم يتم إعادة ترتيبها.

ولا تقتصر أهمية هذه النتائج على تفسير قدرة الذهب الطبيعية على الاحتفاظ ببريقه الدائم فحسب، بل قد تسهم بشكل كبير في تطوير استخداماته الصناعية المتعددة.

ويُستخدم الذهب بالفعل في بعض عمليات التحفيز الكيميائي، إلا أن مقاومته الطبيعية لتفكيك جزيئات الأكسجين قد تقيد من فاعليته في بعض التطبيقات، وهنا يرى الباحثون أن منع إعادة ترتيب ذرات سطحه أو عكس هذه العملية قد يجعل الذهب أكثر تفاعلاً، مما يساعد في تطوير محفزات أفضل للصناعات الكيميائية وتطبيقات الطاقة المختلفة.