Emas bersinar. Selalu begitu, akan selalu begitu.
Itu tidak berkarat. Itu tidak menodai. Ia hanya ada di sana, berwarna kuning cerah dan membandel, mengejek tabel periodik lainnya. Kami menyebutnya kebangsawanan kimia. Artinya logam pada dasarnya mengabaikan dunia di sekitarnya. Oksigen datang mencoba untuk mengikat? Gold mengatakan tidak, terima kasih.
Perlawanan ini sangat melegenda. Tapi tidak ada yang tahu persis mengapa —setidaknya pada tingkat atom. Sampai sekarang.
Ahli kimia komputasi Santu Biswas dan rekannya Matthew M. Montemore di Universitas Tulane menjalankan simulasi tersebut. Mereka memecahkan kodenya.
Geometri permukaan. Itu saja. Itulah lucunya.
Masalah Ketat
Pada emas curah—bahan yang ada dalam perhiasan Anda—atom-atom di permukaannya berkumpul seperti kerumunan di konser yang tiketnya terjual habis. Pola heksagonal. Luka yang sangat parah. Tidak ada ruang untuk bergerak.
Ketika molekul oksigen (dioksigen) mengenai permukaan tersebut, molekul tersebut akan terpecah menjadi dua atom reaktif sehingga dapat mulai menggerogoti logam. Begitulah cara karat terbentuk. Tapi pada emas, tidak ada ruang.
Molekul tersebut menabrak dinding atom emas. Ia tidak bisa masuk. Ia tidak bisa pecah. Itu hanya memantul.
Polanya sangat rapat sehingga oksigen tidak dapat terurai untuk memicu oksidasi.
Ini adalah permainan ayam sederhana yang dimenangkan karena keterbatasan ruang. Emas tidak secara aktif menolak oksigen; hanya saja tidak ada ruang fisik untuk terjadinya chemistry. Pengemasan heksagonal yang rapat sebenarnya merupakan susunan atom emas yang paling stabil dan nyaman. Anti korosi? Itu hanyalah efek samping bahagia dari rasa nyaman.
Tunggu, Nanopartikel Ada
Inilah intinya. Jika emas dalam jumlah besar bersifat inert, mengapa para ilmuwan begitu bersemangat pada tahun 198-an ketika mereka menemukan nanopartikel emas sangat baik dalam mengaktifkan oksigen?
Partikel nano berukuran kecil. Mereka mengkatalisis reaksi seperti mengubah karbon monoksida beracun menjadi karbon dioksida yang tidak berbahaya. Agar itu berhasil, Anda membutuhkan oksigen reaktif. Anda membutuhkan dioksigen untuk membelah.
Jadi, jika emas dalam jumlah besar sangat menolak oksigen, bagaimana partikel kecilnya dapat mendorong oksidasi dengan begitu mudah? Itu tidak masuk akal.
Biswas dan Montemor e melihat struktur permukaan partikel kecil ini dalam model komputer mereka. Mereka membandingkan dua pengaturan.
- Permukaan yang direkonstruksi. Paket heksagonal yang rapat.
- Permukaan yang belum direkonstruksi. Pola yang lebih longgar dan berbentuk persegi.
Hasilnya sangat mengejutkan.
Pada permukaan persegi yang longgar, oksigen terpecah dengan mudah. Faktanya, hal ini terjadi miliaran hingga triliunan kali lebih mudah daripada yang terjadi dalam bentuk hex yang ketat. Geometrinya memiliki ruang gerak yang cukup. “Pembelian” yang cukup, seperti yang dikatakan para peneliti, agar molekul dapat terkoyak.
Merancang Katalis
Ini menjelaskan paradoksnya. Partikel emas kecil mungkin tidak sepenuhnya membentuk struktur heksagonal yang sempurna dan rapat. Mereka membiarkan beberapa bagian yang longgar dan berbentuk persegi tetap terbuka.
Emas tidak mulia karena membenci oksigen. Ini mulia karena bentuk yang diinginkannya tidak memenuhi kebutuhan oksigen.
Ubah bentuknya? Anda mengubah chemistrynya.
Temuan ini menunjukkan bahwa kita dapat merekayasa permukaan emas secara khusus untuk mempertahankan motif persegi reaktif tersebut. Atau menekannya jika kita menginginkan stabilitas. Kita dapat mengubah geometri untuk menyeimbangkan ketahanan terhadap korosi dengan kekuatan katalitik.
“Membuat permukaan dengan struktur persegi atau persegi panjang dapat meningkatkan aktivitas katalitik,” tulis para peneliti.
Jadi mungkin emas tidak semalas yang kita duga. Mungkin itu hanya memakai pakaian yang salah. Sekarang kita tahu bahwa potongan jas itu penting, kita bisa menyesuaikannya.
Apakah kita menggunakan pengetahuan tersebut untuk membersihkan udara atau sekadar membuat perhiasan yang lebih baik masih harus dilihat. Emas tetap berwarna kuning. Tapi pintu menuju reaktivitas? Itu baru saja terbuka lebar.
