Vàng từ lâu được biết đến là kim loại khó bị oxy hóa, nhưng điều gì giúp nó giữ được vẻ sáng bóng trong thời gian rất dài? Một nghiên cứu mới cho rằng câu trả lời nằm ở cách các nguyên tử vàng sắp xếp trên bề mặt.

Nghiên cứu của các nhà khoa học tại Đại học Tulane (Mỹ), được công bố trên tạp chí Physical Review Letters, mới đây đã làm rõ cơ chế ở cấp độ nguyên tử giúp vàng có khả năng chống oxy hóa đặc biệt cao.

Các nguyên tử vàng tự 'đổi đội hình'

Thông thường, để một kim loại bị oxy hóa, phân tử oxy trong không khí trước tiên phải bị tách thành các nguyên tử oxy. Sau đó, những nguyên tử này liên kết với kim loại và tạo thành oxide.

Nhưng với vàng, mọi chuyện không đơn giản như vậy.

Khi một bề mặt vàng mới được tạo ra, chẳng hạn sau khi kim loại được cắt, các nguyên tử ở lớp ngoài cùng sẽ tự sắp xếp lại. Thay vì giữ mạng tinh thể gần dạng vuông, chúng chuyển sang cấu trúc lục giác.

Theo các mô phỏng máy tính của nhóm nghiên cứu, sự thay đổi tưởng như nhỏ này lại tạo ra khác biệt rất lớn.

Nếu các nguyên tử vàng giữ cấu trúc dạng vuông, bề mặt kim loại có thể tách phân tử oxy tương đối dễ dàng và quá trình oxy hóa nhanh chóng bắt đầu.

Ngược lại, cấu trúc lục giác khiến oxy khó phá vỡ liên kết giữa hai nguyên tử trong phân tử hơn. Vì vậy, quá trình oxy hóa trên bề mặt vàng bị cản trở ngay từ bước đầu tiên.

Các nhà nghiên cứu tính toán rằng với cấu trúc lục giác, quá trình oxy hóa bề mặt vàng có thể chậm hơn từ 1 triệu đến 1.000 tỉ lần so với trường hợp các nguyên tử vẫn duy trì cấu trúc dạng vuông.

Không chỉ giúp vàng 'đẹp mãi'

Khả năng chống oxy hóa không phải là lý do duy nhất khiến vàng đặc biệt. Ngay cả khi một lượng nhỏ oxide vàng hình thành, chất này cũng không ổn định, khiến lớp oxide khó phát triển thành lớp ăn mòn bền vững trên bề mặt.

Khác với sắt dễ bị gỉ sét hay bạc dễ xỉn, vàng có thể tồn tại hàng nghìn năm mà vẫn giữ nguyên vẻ óng ánh ban đầu. Điều này góp phần giải thích vì sao những món đồ bằng vàng có thể giữ vẻ sáng bóng trong thời gian rất dài. 

Phát hiện mới cũng có thể giúp các nhà khoa học tìm cách 'đánh thức' khả năng phản ứng hóa học của vàng.

Hiện vàng được sử dụng trong một số chất xúc tác hóa học. Nếu có thể chủ động điều khiển cách các nguyên tử trên bề mặt vàng sắp xếp, các nhà nghiên cứu cho rằng có thể làm kim loại này hoạt hóa mạnh hơn, từ đó mở ra hướng thiết kế những chất xúc tác mới.

Nói cách khác, bí mật giúp vàng khó bị oxy hóa cũng có thể trở thành chìa khóa để khiến kim loại quý này trở nên hữu ích hơn trong một số phản ứng hóa học.

Phát hiện 'vàng vô hình' với nồng độ kỷ lục dưới đáy biển Nhật Bản

Các nhà khoa học Nhật Bản vừa phát hiện lượng 'vàng vô hình' có nồng độ cao nhất từng được ghi nhận trong các ống phun thủy nhiệt dưới đáy biển tại miệng núi lửa ngầm Higashi-Aogashima.