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金はなぜ錆びないのか、表面原子が自らドアをロックした
金が空気中でよく変色しない理由には、表面原子が自ら細かく再配列される現象が大きく作用するという研究が出てきた。
金が絶対に反応しないという意味ではなく、代表的な結晶表面と酸素反応を量子力学計算で比較した結果です。
何が新たに明らかになったのか
金は元々酸素と弱く反応する貴金属として知られていました。研究者は、2つの一般的な金の表面から最上層の原子が開いた正方形の配列からより精密な六角形の配列に移動することを計算に入れました。
再配列がなぜ酸化を妨げるのか
金属酸化は、酸素分子が表面に付着し、２つの原子に分裂する段階から始まる。細かい金の表面には酸素が割れる適度な場所が減ります。元の配列に戻すには大きなエネルギーが必要で、反応速度が大幅に遅くなります。
どれだけ大きな違いなのか
計算では、表面再構成が酸素分解を10億倍から1兆倍まで遅らせることができました。これは、特定の温度と理想的な表面を想定した反応速度の違いです。すべての金合金と汚染された実際の装飾品に同じ数字が適用されるわけではありません。
金も変色することがありますか
純金は非常に安定していますが、装飾品には銅や銀などの金属が混ざることがあります。汗、化粧品、硫黄化合物は合金成分や表面汚染物質と反応する可能性があります。したがって、変色した金の装飾品が偽物であるという意味ではありません。
なぜ材料研究にとって重要なのか
金表面をわざわざ少なく緻密にすることは、酸素を利用する触媒反応を高める可能性がある。対照的に、他の金属に同様の保護アレイを作成することは、腐食を減らす設計に注意することができます。実際の材料の適用には実験検証が必要です。