Khối vàng nặng 63,8 g tìm thấy ở Alaska, Mỹ. Ảnh: Robert M. Lavinsky/Wikipedia
Trong nghiên cứu công bố hôm 21/5 trên tạp chí Physical Review Letters, hai nhà hóa học máy tính Santu Biswas và Matthew Montemore ở Đại học Tulane, Mỹ, khám phá lý do vàng khó bị oxy hóa hơn các kim loại tương tự. Theo họ, cách sắp xếp nguyên tử trên bề mặt vàng tạo thành kết cấu chặt chẽ đến mức phân tử oxy không thể dễ dàng tách ra để kích hoạt quá trình oxy hóa (quá trình oxy (hoặc nguyên tố như lưu huỳnh) phản ứng với kim loại và bám vào bề mặt của nó). Chính sự tích tụ liên kết oxy này gây ra hiện tượng "gỉ sét" ở sắt và xỉn màu ở kim loại khác. Độ bám của oxy phụ thuộc cấu trúc nguyên tử của kim loại giữ electron chặt tới mức nào.
Vàng là một trong những kim loại giá trị nhất trên Trái Đất do khả năng kháng gỉ, xỉn màu và ăn mòn cực tốt, có nghĩa nó không phản ứng mạnh với nguyên tử hoặc phân tử khác. Khi cắt một khối vàng, bề mặt lộ ra tự định hình lại trong vài giây. Các nguyên tử tự sắp xếp để tạo ra kết cấu zigzag, gọi là hiện tượng "tái tạo bề mặt".
Theo Science Alert, Biswas và Montemore sử dụng mô phỏng máy tính để tìm hiểu điều gì xảy ra khi phân tử oxy tiếp xúc bề mặt vàng có cách sắp xếp nguyên tử khác nhau, gồm bề mặt tái tạo (nguyên tử sắp xếp theo hình lục giác chặt chẽ) và bề mặt không tái tạo (kết cấu hình vuông lỏng lẻo hơn). Ở bề mặt tái tạo, phân tử oxy không tìm thấy đủ khoảng trống để có thể dễ dàng tách thành hai nguyên tử như với bề mặt không tái tạo. Điều này có thể giải thích tại sao hạt nano vàng cực nhỏ hoạt động khác vàng khối. Chúng không phát triển hoàn chỉnh thành bề mặt tái tạo thường gặp ở khối vàng lớn hơn, để lộ nhiều khu vực hình vuông dễ tham gia phản ứng.
Scientific American dẫn thông tin của một nhóm nghiên cứu tính toán năng lượng cần thiết để oxy hóa vàng trước và sau khi tái tạo. Họ phát hiện phân tử oxy trong không khí (gồm hai nguyên tử oxy liên kết với nhau) dễ tách ra và bám vào nguyên tử vàng trên bề mặt không tái tạo. Quá trình tái tạo kéo nhiều nguyên tử vàng từ khối vàng ra ngoài, chèn chúng vào bề mặt và biến kết cấu hình vuông đơn giản thành hình lục giác dày đặc, nhiều gờ và rãnh. Quá trình này khiến bề mặt vàng tiến gần tới trạng thái cân nhiệt động lực học, giúp nguyên tử vàng dễ trao đổi nhiệt với nhau nhưng oxy khó chen vào hơn.
Phát hiện mới có thể giúp các nhà khoa học thiết kế chất xúc tác vàng để cân bằng giữa khả năng chống ăn mòn và kích hoạt oxy hiệu quả.
