Se você possui joias de ouro, poderá notar que elas não mancham tão facilmente quanto outros materiais, como a prata. Durante muito tempo, os cientistas entenderam que isso acontecia porque o ouro não interage fortemente com o oxigênio, embora os mecanismos físicos exatos por trás dessa propriedade não fossem tão bem compreendidos.
Mas uma nova descoberta, publicada hoje em Cartas de revisão físicafinalmente identifica como o ouro mantém seu brilho dourado por tanto tempo. Essencialmente, os átomos da superfície do ouro reorganizam-se em padrões distintos que suprimem as reações do oxigênio por um fator de um bilhão a um trilhão. Esta barreira microscópica ajuda o ouro a reter seu brilho característico, de acordo com um estudo Comunicado de imprensa. Além do mais, como o ouro é um elemento-chave para muitas reações químicas importantes, o novo entendimento poderá abrir novos caminhos para a pesquisa em química.
“As pessoas geralmente pensam que o ouro não mancha simplesmente porque não interage fortemente com o oxigênio”, disse Matthew Montemore, coautor do estudo e engenheiro químico da Universidade de Tulane, no comunicado. “O que mostramos é que para dois dos tipos de superfície de ouro mais comuns, os átomos da superfície na verdade se reorganizam de uma forma que torna o ouro muito mais resistente à oxidação.”
Elétrons saltando
A razão pela qual qualquer objeto visível tem uma determinada cor depende em grande parte da sua química molecular, nomeadamente como a luz interage com os eletrões de um objeto. No caso dos metais, um mar deslocalizado de elétrons em ligações metálicas absorve e reemite fótons (muito simplesmente, partículas de luz) em uma ampla faixa de frequências, de acordo com Chris Schaller, físico aposentado do College of Saint Benedict e da Saint John’s University, em um estudo. postagem no blog.
O ouro é especial porque os efeitos relativísticos fazem com que os seus electrões viajem a mais de metade da velocidade da luz, o que acaba por levar à absorção de fotões azuis de menor energia. E se “o azul for removido, veremos o amarelo”, explicou Mark Lorch, bioquímico da Universidade de Hull, no Reino Unido, por Foco científico da BBC.
Olhando para as profundezas
Portanto, fazia sentido investigar como os movimentos minuciosos das moléculas afetavam potencialmente o brilho duradouro do ouro. Para o novo estudo, Montemore e o coautor Santu Biswas, pós-doutorado em Tulane, usaram simulações de computador para prever como os átomos e elétrons na superfície do ouro se comportariam ao encontrar moléculas de oxigênio. Eles realizaram análises em dois tipos comuns de superfícies de ouro, Au(110) e Au(100).
De acordo com o estudo, a “fraca interação inerente do ouro com o oxigênio não é por si só suficiente para torná-lo resistente à oxidação”. O que realmente mantém o oxigênio afastado é uma estrutura hexagonal gerada pelos átomos da superfície. Fascinantemente, procedimentos semelhantes que resultaram em barreiras retangulares ou quadradas não eram nem de longe tão resistentes, e as moléculas de oxigênio se quebraram e reagiram com ouro, relatou a equipe.
Um mistério e um plano
Os pesquisadores estão de olho em implicações mais práticas das descobertas. Ou seja, eles estão observando o papel principal do ouro na catálise, um ramo da química que se concentra em melhorar a taxa e a eficiência de várias reações. Embora a resistência natural do ouro à oxidação o torne ideal para joias, essa “mesma característica” pode “limitar sua utilidade na fabricação de produtos químicos e em aplicações energéticas”, observou a equipe no comunicado.
E as apostas estão definitivamente lá. Por exemplo, os catalisadores de ouro-paládio são ingredientes importantes para acetato de vinilque são blocos de construção básicos para muitos materiais plásticos. Alguns trabalho recente explorou o uso de catalisadores de ouro na produção de combustíveis renováveis. As últimas descobertas sugerem que não há sequer necessidade de encontrar rotas químicas complexas para estes empreendimentos; manipulações físicas da geometria da superfície do ouro podem ser suficientes.
“Se você conseguir enganar o ouro para dissociar o oxigênio, ele pode realmente se tornar um catalisador muito eficaz para certas reações”, disse Montemore. “Nosso trabalho sugere uma nova estratégia para potencialmente fazer isso, prevenindo ou revertendo esses rearranjos de superfície.”
