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Zieht man eine römische Münze aus der Erde, kann sie das Licht noch reflektieren. Dieses hartnäckige Glänzen beschäftigt die Menschen seit Jahrhunderten. Neue Forschung der Tulane University zeigt nun, dass die Beständigkeit von Gold nicht nur an seiner trägen Chemie liegt, sondern an einem mikroskopischen Spiel der Plätze auf der Metalloberfläche.
Anhand detaillierter Computersimulationen untersuchten die Forscher, wie Sauerstoffmoleküle mit zwei häufigen Goldoberflächen interagieren. Das Überraschende: Die Oberflächenatome bleiben nicht starr. Sie verschieben sich in neue Anordnungen, die wie eine nanoskalige Barriere wirken und verhindern, dass sich Sauerstoff spaltet und an das Metall bindet.
Wenn sich die Oberflächenatome umordnen, sinkt die Oxidation um den Faktor von einer Milliarde bis zu einer Billion.
Das sollte man sich vor Augen halten. Ohne dieses atomare Umsortieren würde sich Sauerstoff wesentlich leichter dissoziieren und binden. Durch die Umordnung verlangsamen sich die Reaktionen bis nahezu zum Stillstand. Der Effekt ist kein chemischer Zufall, sondern ein struktureller: Muster auf atomarer Ebene blockieren die Wege, die der Sauerstoff zur Oxidation von Gold benötigt. Das erklärt, warum Schmuck, Münzen und einige elektronische Bauteile über Jahrhunderte nicht anlaufen können.
Es gibt jedoch einen Haken. Dieselbe Reaktionsunlust, die Gold so attraktiv macht, macht das Metall auch störrisch in katalytischen Anwendungen, bei denen eine Aktivierung von Sauerstoff nötig ist. Katalysatoren mit Gold werden in industriellen Oxidationsprozessen eingesetzt, und Gold-Palladium-Mischungen helfen bei der Herstellung von Vinylacetat, einem Vorläufer vieler Kunststoffe. Forscher prüfen Gold außerdem für die Abgasreinigung oder die Herstellung von Propylenoxid. Wenn Gold sich dagegen weigert, Sauerstoff zu spalten, ist sein Nutzen in solchen Reaktionen begrenzt.
Wie sieht der Ausweg aus? Das Team der Tulane-Universität schlägt einen neuen Ansatz vor: Statt Gold nur zu legieren oder Nanopartikel auf Oxiden abzulagern, könnten Chemiker die Oberflächengeometrie selbst so gestalten, dass sie andere atomare Anordnungen erzwingt oder das Entstehen der schützenden Konfigurationen verhindert. Mit anderen Worten: Die Atome so ‚überlisten‘, dass Gold die gewünschte Reaktivität annimmt, ohne seine vorteilhaften Eigenschaften zu verlieren.
Von Museumsvitrinen bis zu Reaktorgehäusen verändert die Entdeckung unsere Vorstellung von einem Metall, das lange als chemisch distanziert galt. Die nächste Herausforderung ist praktisch: Können Ingenieure atomare Bewegungen so orchestrieren, dass Gold zugleich langlebiger Schmuck und ein leistungsfähiger Katalysator wird?
Quelle: scitechdaily
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