Gold ist in vieler Hinsicht ein ganz besonderes Element. Denn das Edelmetall verweigert fast alle chemischen Reaktionen, zeigt einen einzigartigen Glanz und ist so formbar und trotzdem beständig wie kein anderes Metall. Durch seine Reaktionsträgheit behält Gold auch nach Jahrtausenden noch seinen Schimmer. Während Kupfer zu Grünspan oxidiert, Eisen rostet und Silber schwarz anläuft, scheinen Korrosion und andere Umwelteinflüsse dem Gold nichts anhaben zu können.
Warum läuft Gold nicht an?
Doch was verleiht dem Gold seine große Beständigkeit? „Bisher dachte man, dass Gold nicht anläuft, weil es einfach kaum mit Sauerstoff interagiert“, sagt Matthew Montemore von der Tulane University in New Orleans. Hinzu kommt, dass der schwere Goldkern seine Außenelektronen besonders fest bindet und dadurch auch andere chemische Reaktionen erschwert. Aber ist das wirklich der einzige Grund? Montemore und sein Kollege Santu Biswas hatten den Verdacht, dass die schlechte Oxidierbarkeit des Goldes noch eine andere Ursache hat.
Um dieser Spur nachzugehen, führten die Forscher mithilfe von Computersimulationen virtuelle Reaktionstests mit Goldoberflächen durch. Typischerweise hat das Atomgitter des Goldes eine kubisch-flächenzentrierte Gitterform, das sogenannte Au(100). An der Goldoberfläche ändert sich diese Gitterform jedoch: Die Atome lagern sich um, damit sie in dieser Grenzschicht einen energetisch günstigeren Zustand einnehmen können. Durch diese sogenannte Rekonstruktion bildet die oberste Atomlage des Goldes eine hexagonale Gitterform, Au(110). In ihren Simulationen analysierten die Chemiker, was bei Kontakt dieser Goldoberflächen mit Sauerstoffmolekülen (O2) passiert.
Hexagonale Atom-Anordnung als Oxidationsschutz
Die Tests enthüllten: Die Umlagerung der Goldoberfläche in die hexagonale Au(110)-Variante wirkt sich direkt auf die Reaktion mit Sauerstoff aus. „Die Umlagerung der Oberflächenatome macht das Gold deutlich resistenter gegenüber einer Oxidation“, berichtet Montemore. Denn damit eine solche Oxidation stattfinden kann, müssen die zweiatomigen Sauerstoffmoleküle zunächst aufgespalten werden. „Die hexagonale Goldstruktur bildet jedoch eine besonders hohe Barriere gegenüber dieser Sauerstoff-Dissoziation“, erklären die Forscher.
