لطالما كان الذهب لغزاً محيراً للعلماء بفضل مقاومته الاستثنائية للصدأ والأكسدة، وهي الخصائص التي جعلت منه المعدن الأكثر قيمة ونبلاً عبر التاريخ. مؤخراً، كشفت دراسة حديثة نشرتها مجلة Physical Review Letters النقاب عن السبب الفيزيائي الكامن وراء هذه الظاهرة الفريدة.

هندسة الذرات: الحاجز غير المرئي

أوضح فريق من الكيميائيين الأمريكيين، بقيادة البروفيسور ماثيو مونتيمور من جامعة تولين، أن سر عدم تأكسد الذهب يكمن في البنية السداسية لسطحه. حيث تعمل هذه الترتيبات الذرية كحاجز منيع يبطئ اختراق ذرات الأكسجين لداخل المعدن بمقدار مليار مرة مقارنة بالترتيبات المربعة أو المستطيلة.

ويشير الباحثون إلى أن الذهب يميل تلقائياً إلى تشكيل هذه البنى السداسية، وهو ما يفسر استقراره العالي في الظروف الطبيعية. ولو لم يمتلك الذهب هذه القدرة على إعادة ترتيب سطحه ذاتياً، لتأكسد بسرعة فائقة عند تعرضه للهواء.

الكيمياء الكمية تكشف المستور

استخدم العلماء تقنيات الكيمياء الكمية لمحاكاة التفاعلات بين الأكسجين وأنماط ذرات الذهب المختلفة، وتوصلوا إلى النتائج التالية:

• البنية السداسية: تشكل حاجزاً قوياً يمنع تفكك جزيئات الأكسجين وامتصاصها.
• البنية المربعة/المستطيلة: تسمح للأكسجين بالاختراق بفعالية، مما يسرع عملية الأكسدة بمقدار مليار ضعف.

الاستثناء: لماذا تتفاعل الجسيمات النانوية؟

تطرقت الدراسة إلى ملاحظة هامة حول الجسيمات النانوية؛ حيث أن بعض هذه الجسيمات تفتقر إلى عدد كافٍ من الذرات الذي يسمح للسطح بإعادة ترتيب نفسه واكتساب خصائص المقاومة. هذا العجز عن التنظيم الذاتي هو ما يجعل الجسيمات النانوية ذهبية اللون قادرة على التفاعل بفعالية كيميائية، مما يفتح آفاقاً جديدة أمام العلماء لاستخدامها في ابتكار محفزات كيميائية متطورة.