O echipă internațională de cercetători a arătat că grupuri formate din 20 de atomi de aur au o formă tetraedrică, spre deosebire de majoritatea elementelor chimice ale căror atomi se grupează în straturi sferice în jurul unui atom central.

Studiul cercetătorilor din cadrul KU Leuven, National Tsing Hua University şi Università di Milano -Bicocca a fost publicat în Science Advances.

Grupurile atomice compuse din câțiva atomi tind să fie sferice. De obicei, acestea sunt formate din atomi dispuşi sferic în jurul unui atom central. Acesta este cazul multor elemente chimice, dar nu și al aurului, așa cum au arătat cercetătorii.

Experimentele și calculele au arătat că grupurile independente de 20 de atomi de aur au o formă piramidală, cu o bază triunghiulară formată din 10 atomi, 2 triunghiuri adiționale cu 6 și respectiv 3 atomi şi un atom în vârf.

Atomii de aur formează tetraedre

Un model din 20 de portocale comparat cu structura atomică teoretică și cea experimentală. Credit: KU Leuven

Această structură tetraedrică remarcabilă a fost vizualizată, pentru prima dată, cu un microscop cu efect tunel care permite observarea unor atomi individuali.

Microscopul cu efect tunel funcționează la temperaturi extrem de scăzute (-269 grade Celsius) și folosește tunelarea cuantică a unui curent electric ce trece prin vârful metalic al unei sonde ascuţite de scanare a grupurilor atomice.

Tunelarea cuantică este un proces prin care curentul electric trece între doi conductori chiar dacă nu există un contact fizic între aceştia.

Atomii de aur formează structuri piramidale

Atomii de aur formează piramide. Credit: Dr. Zhe Li

Cercetătorii au folosit plasme intense într-o configurație complexă a unei camere de vid pentru a pulveriza atomi de aur dintr-o piesă macroscopică de aur.

„O parte dintre atomii pulverizați formează particule de mici dimensiuni compuse din câteva zeci de atomi, ca urmare a unui proces comparabil cu condensarea moleculelor de apă în picături.

Am selectat un grup format din exact 20 de atomi de aur şi am aşezat această structură atomică cu una dintre fețele triunghiulare pe un substrat acoperit cu un strat foarte subțire de sare de bucătărie (NaCl) “, a declarat Zhe Li, principalul autor al studiului, din cadrul Harbin Institute of Technology, Shenzhen.

Studiul a relevat, de asemenea, structura electronică particulară a piramidei de aur. Asemănător atomilor gazelor nobile sau moleculelor aromatice, acest cluster atomic are doar orbitali complet ocupaţi cu electroni, ceea ce îl face mult mai puțin reactiv în comparaţie cu clusterele având unul sau câțiva atomi mai mult sau mai puțin.

Se ştie că structurile formate dintr-un număr de atomi de aur care variază de la câţiva atomi până la câteva zeci de atomi au proprietăți remarcabile.

Noua descoperire îi ajută pe oamenii de știință să evalueze performanțele catalitice și optice ale acestor structuri atomice, ceea ce este relevant pentru proiectarea unor catalizatoare și dispozitive optice.

Printre aplicațiile recente ale acestor structuri atomice se numără celulele de combustie și captarea carbonului.

Sursă: Phys.org