El oro brilla. Siempre lo ha hecho y siempre lo hará.
No se oxida. No se empaña. Simplemente se queda ahí, brillante y obstinadamente amarillo, burlándose del resto de la tabla periódica. A esto lo llamamos nobleza química. Significa que el metal básicamente ignora el mundo que lo rodea. ¿El oxígeno llega tratando de unirse? Gold dice que no, gracias.
Esta resistencia es legendaria. Pero nadie sabía exactamente por qué, al menos a nivel atómico. Hasta ahora.
Los químicos computacionales Santu Biswas y su socio Matthew M. Montemore de la Universidad de Tulane realizaron las simulaciones. Descifraron el código.
La geometría de la superficie. Eso es todo. Ese es el remate.
El problema del ajuste ceñido
En el oro a granel (el material de tus joyas), los átomos de la superficie se agrupan como una multitud en un concierto con entradas agotadas. Un patrón hexagonal. Bien enrollado. No hay espacio para moverse.
Cuando una molécula de oxígeno (dioxígeno) golpea esa superficie, quiere dividirse en dos átomos reactivos para poder comenzar a devorar el metal. Así se forma el óxido. Pero en el oro no hay lugar.
La molécula choca contra la pared de átomos de oro. No puede entrar. No puede separarse. Simplemente rebota.
El patrón es tan apretado que el oxígeno no puede separarse para provocar la oxidación.
Es un simple juego de la gallina que se gana por limitaciones de espacio. El oro no repele activamente el oxígeno; simplemente no tiene el espacio físico para que ocurra la química. El apretado empaquetamiento hexagonal es en realidad la disposición más estable y cómoda para los átomos de oro. ¿La anticorrosión? Ese es sólo un feliz efecto secundario de estar cómodo.
Espera, las nanopartículas existen
Aquí está el problema. Si el oro a granel es inerte, ¿por qué los científicos se emocionaron tanto en la década de 198 cuando descubrieron que las nanopartículas de oro eran excelentes para activar el oxígeno?
Las nanopartículas son diminutas. Catalizan reacciones como convertir el monóxido de carbono tóxico en dióxido de carbono inofensivo. Para que eso funcione, necesitas oxígeno reactivo. Necesitas que el dioxígeno se abra.
Entonces, si el oro en masa resiste con tanta fuerza el oxígeno, ¿cómo es que las pequeñas partículas impulsan la oxidación con tanta facilidad? No tenía sentido.
Biswas y Montemor e observaron las estructuras superficiales de estas diminutas partículas en sus modelos informáticos. Compararon dos configuraciones.
- Superficies reconstruidas. Los paquetes apretados y hexagonales.
- Superficies no reconstruidas. Patrones más sueltos, parecidos a cuadrados.
Los resultados fueron asombrosos.
En las superficies cuadradas sueltas, el oxígeno se dividía sin esfuerzo. De hecho, sucedió entre miles de millones y billones de veces más fácilmente que en los hexágonos estrechos. La geometría simplemente tenía suficiente margen de maniobra. Suficiente “compra”, como dijeron los investigadores, para que la molécula se abra.
Diseño del catalizador
Esto explica la paradoja. Es probable que las pequeñas partículas de oro no formen completamente esa estructura hexagonal perfecta y apretada. Mantienen expuestos algunos de esos parches cuadrados sueltos.
El oro no es noble porque odia el oxígeno. Es noble porque su forma preferida no se ajusta a las necesidades del oxígeno.
¿Cambiar la forma? Cambias la química.
Los hallazgos sugieren que podemos diseñar superficies doradas específicamente para mantener esos motivos cuadrados reactivos. O suprimirlos si queremos estabilidad. Podemos modificar la geometría para equilibrar la resistencia a la corrosión con el poder catalítico.
“La creación de superficies con estructuras cuadradas o rectangulares puede mejorar la actividad catalítica”, escribieron los investigadores.
Entonces, tal vez el oro no sea tan vago como pensábamos. Tal vez simplemente estaba usando la ropa equivocada. Ahora que sabemos que el corte del traje es importante, podemos adaptarlo.
Queda por ver si usaremos ese conocimiento para limpiar el aire o simplemente hacer mejores joyas. El oro permanece amarillo en cualquier caso. ¿Pero la puerta a la reactividad? Eso simplemente se abrió de par en par.
