Az arany szobahőmérsékleten megolvadhat. Báty
Eredeti angol nyelvű blog, Meng Wu
Eredetileg 2018. február 14-én jelent meg
Fordította: Mariah Dooley, szerkesztette: Curtis Green
Az arany az egyik legkívánatosabb fém a világon. Az értékes sárga fém ritka természetű, és ősidők óta használják pénznemként és ékszerek készítéséhez (1. ábra) 1. Úgy gondolják, hogy a meteorok ezt a fémet a földre hozták, az arany valóban kívül esik ezen a világon! 2 Sok oka van annak, miért különleges az arany, és miért tartotta meg értékét társadalmainkban. De az arany még különlegesebb lehet, mint gondolnánk.
1. ábra: Arany diadém az ókori Görögországból (ie. 4. század). A dallasi művészeti múzeumban. (Mary Harrsch képe)
Ennek a fényes fémnek a gyártásával és feldolgozásával az emberek fokozatosan megtanulták annak fizikai és kémiai tulajdonságait. "Az igazi arany nem fél a tűztől" - ez egy ősi kínai mondás, amely abból ered, hogy az ömlesztett arany sértetlen és fényes marad, ha fatűz felett (600-1000 ° C) helyezik el, míg a legtöbb más fém (például réz, cink, nikkel és ötvözeteik) megolvadnak és/vagy elveszítik fényüket ilyen körülmények között. Kémiai szempontból azt mondjuk, hogy az arany kémiai stabilitása kiváló az oxidációval szemben, és viszonylag magas olvadáspontú (1064 ° C). De kiderült, hogy a nanotudománynak köszönhetően van mód arra, hogy megváltoztassa az arany viselkedését különböző hőmérsékleteken, megőrizve egyéb különleges tulajdonságait.
Használjuk példaként a vízzel kapcsolatos mindennapi tapasztalatainkat, hogy megértsük, mi történik az arannyal. Tudjuk, hogy a jég (szilárd) úgy tűnik, hogy mindig rögzített hőmérsékleten vízzé (folyadékká) olvad, és akkor úgy tűnik, hogy a víz mindig rögzített hőmérsékleten gőzzé (gázzá) párolog. Ezeket a hőmérsékleteket olvadáspontnak, illetve forráspontnak nevezik. Az olvadás- és forráspontok a helyi nyomástól függően eltérőek lehetnek. Ez az oka annak, hogy a főzési vagy sütési receptjeinek eltérő útmutatásai lehetnek a nagy magasságokra, amelyek alacsonyabb légnyomással rendelkeznek, mint az alacsony magasságok.
A forráspont manipulálásához azonban nem kell hegyről le- és lemennünk. Könnyen megtehetjük ezt a helyi nyomás megváltoztatásával, mint ahogy a nyomástartó tűzhely működik: a nyomás növelésével a víz forráspontja magasabb hőmérsékletre emelkedik, ami azt jelenti, hogy a vizet elpárologtatás nélkül fel lehet melegíteni, ami viszont ételt készít gyorsabban főzzön (2. ábra).
2. ábra: A gyorsforraló megváltoztatja tartalmának forráspontját (Kép a goodfreephotos.com-tól).
Annak megértéséhez, hogy a nyomástartó edény miként növeli a belső nyomást, emlékeznünk kell arra, hogy mi történik a folyadék molekuláival, amikor azt felmelegítik: Kezdenek tovább szétválni! Olvadáspontig azonban sokkal kevésbé érzékeny a helyi nyomásváltozásra. Ennek oka, hogy a gázgá párolgó folyadékhoz képest a térfogat általában nem nő túlságosan, ha a szilárd anyag folyadékká olvad. (Mellékjegyzet: a víz szokatlan abban az értelemben, hogy térfogata valóban megnő, amikor szilárdra fagy. - Felrobbantottál már egy doboz szódát a fagyasztóban? - De ez egy másik bejegyzés témája!)
A lényeg az, hogy nem célszerű az anyag olvadáspontját a helyi nyomás megváltoztatásával manipulálni. Drasztikusan változtatnia kell a nyomáson, hogy az olvadáspont még egy kis változást is elérjen (3. ábra).
3. ábra: A térfogat sokat változik, ha gázról folyadékra váltunk; nem annyira, ha folyadékból szilárdvá válik. (Kép: Yeled)
De vannak-e más módszerek az anyag olvadáspontjának megváltoztatására? És visszatérve ennek a bejegyzésnek a fő témájára, megolvaszthatjuk-e szobahőmérsékleten az aranyat?
Egy korábbi, „A nanorészecskék mindannyian körülöttünk” című blogbejegyzésben megvitattuk, hogy mivel az anyag mérete csökken a nanoméretnél, számos fizikai és kémiai tulajdonság is megváltozik. Ez elsősorban a "felületi hatásnak" köszönhető. Vagy a felület-térfogat arány növekedésére (4. ábra) 3 .
4. ábra: A nanorészecskék ereje - A részecskeméret csökkenésével a felület nő. (Bob Hamers képe)