O ouro brilha. Sempre foi, sempre será.
Não enferruja. Não mancha. Ele simplesmente fica ali, brilhante e teimosamente amarelo, zombando do resto da tabela periódica. Chamamos isso de nobreza química. Isso significa que o metal basicamente ignora o mundo ao seu redor. O oxigênio aparece tentando se unir? Gold diz não, obrigado.
Essa resistência é lendária. Mas ninguém sabia exatamente o por quê – pelo menos em nível atômico. Até agora.
Os químicos computacionais Santu Biswas e seu parceiro Matthew M. Montemore, da Tulane University, realizaram as simulações. Eles decifraram o código.
A geometria da superfície. É isso. Essa é a piada.
O problema do ajuste apertado
No ouro a granel – o material das suas joias – os átomos na superfície se aglomeram como uma multidão em um show esgotado. Um padrão hexagonal. Fortemente ferido. Não há espaço para se mover.
Quando uma molécula de oxigênio (dioxigênio) atinge essa superfície, ela quer se dividir em dois átomos reativos para poder começar a corroer o metal. É assim que a ferrugem se forma. Mas no ouro não há espaço.
A molécula bate contra a parede de átomos de ouro. Não pode se espremer. Não pode se separar. Ele simplesmente rebate.
O padrão é tão compacto que o oxigênio não consegue se separar para desencadear a oxidação.
É um jogo simples de frango vencido por restrições de espaço. O ouro não repele ativamente o oxigênio; simplesmente não tem espaço físico para que a química aconteça. O empacotamento hexagonal compacto é, na verdade, o arranjo mais estável e confortável para átomos de ouro. O anti-corrosão? Isso é apenas um feliz efeito colateral de estar confortável.
Espere, existem nanopartículas
Aqui está o problema. Se o ouro a granel é inerte, por que os cientistas ficaram tão entusiasmados na década de 198 quando descobriram que as nanopartículas de ouro eram excelentes na ativação do oxigênio?
As nanopartículas são minúsculas. Eles catalisam reações como a conversão de monóxido de carbono tóxico em dióxido de carbono inofensivo. Para que isso funcione, você precisa de oxigênio reativo. Você precisa que o dioxigênio se abra.
Então, se o ouro a granel resiste tanto ao oxigênio, como as minúsculas partículas provocam a oxidação tão facilmente? Não fazia sentido.
Biswas e Montemor e observaram as estruturas superficiais dessas minúsculas partículas em seus modelos computacionais. Eles compararam duas configurações.
- Superfícies reconstruídas. Os pacotes hexagonais apertados.
- Superfícies não reconstruídas. Padrões mais soltos e quadrados.
Os resultados foram surpreendentes.
Nas superfícies quadradas soltas, o oxigênio se dividiu sem esforço. Na verdade, isso aconteceu de bilhões a trilhões de vezes mais fácil do que nos hexadecimais apertados. A geometria simplesmente tinha espaço de manobra suficiente. “Compra” suficiente, como dizem os pesquisadores, para que a molécula se rompa.
Projetando o Catalisador
Isto explica o paradoxo. Pequenas partículas de ouro provavelmente não formam totalmente aquela estrutura hexagonal perfeita e compacta. Eles mantêm algumas dessas manchas quadradas soltas expostas.
O ouro não é nobre porque odeia oxigênio. É nobre porque a sua forma preferida não se adapta às necessidades de oxigénio.
Mudar a forma? Você muda a química.
As descobertas sugerem que podemos projetar superfícies douradas especificamente para manter esses motivos quadrados reativos. Ou suprimi-los se quisermos estabilidade. Podemos ajustar a geometria para equilibrar a resistência à corrosão com o poder catalítico.
“A criação de superfícies com estruturas quadradas ou retangulares pode melhorar a atividade catalítica”, escreveram os pesquisadores.
Então talvez o ouro não seja tão preguiçoso quanto pensávamos. Talvez estivesse apenas usando a roupa errada. Agora que sabemos que o corte do terno é importante, podemos adaptá-lo.
Ainda não se sabe se usaremos esse conhecimento para limpar o ar ou apenas fazer joias melhores. O ouro permanece amarelo de qualquer maneira. Mas a porta para a reatividade? Isso simplesmente se abriu.
