Chimiștii lovesc aurul, rezolvă misterul despre proprietățile metalelor prețioase

Sclipirea aurii nu este singurul motiv pentru care elementul este atât de captivant. De zeci de ani, oamenii de știință s-au nedumerit de ce predicțiile teoretice ale proprietăților aurului nu se potrivesc cu experimentele. Acum, calculele foarte detaliate au șters discrepanța, potrivit unui articol publicat în 13 ianuarie Scrisori de revizuire fizică.

Problema era energia necesară pentru a îndepărta un electron dintr-un atom de aur sau pentru a-l ioniza. Calculele teoretice ale acestei energii de ionizare au fost diferite de măsurătorile oamenilor de știință. De asemenea, energia eliberată la adăugarea unui electron – o cantitate cunoscută sub denumirea de afinitate electronică – a fost, de asemenea, nerespectată. Cât de ușor un atom renunță sau acceptă electroni este important pentru înțelegerea modului în care elementele reacționează cu alte substanțe.

„Se știa bine că aurul este un sistem dificil”, spune chimistul Sourav Pal de la Institutul Indian de Tehnologie din Bombay, care nu a fost implicat în studiu. Chiar și cea mai evidentă trăsătură a aurului nu poate fi explicată fără a pune în joc teoria specială a relativității a lui Einstein: teoria ține seama de culoarea gălbuie a aurului. (Relativitatea specială se schimbă în jurul nivelurilor de energie ale electronilor din atomii de aur, determinând metalul să absoarbă lumina albastră și, prin urmare, făcând ca lumina reflectată să pară mai galbenă.)

Cu acest nou studiu, oamenii de știință au rezolvat în sfârșit întrebările persistente despre energia implicată în îndepărtarea sau adăugarea unui electron la atom. „Aceasta este semnificația principală a acestei lucrări”, spune Pal.

Calculele timpurii, efectuate în anii 1990, au diferit de energiile prezise cu mai mult de un procent, iar calculele îmbunătățite de atunci încă nu se potriveau cu valoarea măsurată. „De fiecare dată când mergeam la o conferință, oamenii discutau despre asta și întrebau: „Ce naiba se întâmplă?””, spune coautorul studiului Peter Schwerdtfeger, chimist la Universitatea Massey Auckland din Noua Zeelandă.

Soluția a necesitat o analiză mai completă a interacțiunii complexe dintre cei 79 de electroni ai aurului. Folosind supercalculatoare avansate pentru a calcula interacțiunile a până la cinci electroni ai aurului la un moment dat, oamenii de știință au rezolvat discrepanța. Calculele anterioare au luat în considerare până la trei electroni la un moment dat. De asemenea, esențial de inclus în calcul au fost efectele relativității speciale și teoria electrodinamicii cuantice, care descrie fizica cuantică a particulelor precum electronii.

Rezultatul indică faptul că aurul într-adevăr aderă la așteptări – atunci când calculele sunt suficient de detaliate. „Teoria cuantică funcționează perfect și asta mă face extrem de fericit”, spune Schwerdtfeger.