Kredit:itti ratanakiranaworn/Shutterstock
Det periodiske system med kemiske grundstoffer fylder 150 i år. Jubilæet er en chance for at skinne lys over bestemte elementer - hvoraf nogle virker allestedsnærværende, men som almindelige mennesker uden for kemiens verden sandsynligvis ikke ved meget om.
En af disse er guld, som var genstand for mine kandidatuddannelser i kemi, og som jeg har studeret i næsten 30 år. I kemi, guld kan betragtes som en sen starter i forhold til de fleste andre metaller. Det blev altid anset for at være kemisk "inert" - men i de seneste årtier har det blomstret og en række interessante applikationer er dukket op.
Hen ad, nysgerrig historie
Guld har sit navn fra det latinske ord aurum ("gul"). Det er et element med en lang, men temmelig mystisk historie. For eksempel, det er et af 12 bekræftede elementer på det periodiske system, hvis opdagelsesmand er ukendt. De andre er kulstof, svovl, kobber, sølv, jern, tin, antimon, kviksølv, at føre, zink og vismut.
Selvom vi ikke er sikre på, hvem der opdagede det, der er beviser for, at det var kendt for de gamle egyptere så langt tilbage som 3000 f.Kr. Historisk set dets primære anvendelse var smykker; sådan er det stadig i dag, det bruges også i mynte mønter. Guld findes også i gammel og moderne kunst:det bruges til at forberede rubin eller lilla pigment, eller som bladguld.
Sydafrika var engang langt det bedste guldproducerende land:det udvindede over 1, 000 tons alene i 1970. Dens årlige produktion er støt faldet siden da - de tre bedste guldproducerende lande i 2017 var Kina, Australien og Rusland, med en kombineret produktion på næsten 1000 tons. Sydafrika er faldet til 8. position, endda overgået af Peru og Indonesien.
Men guldets anvendelser og dets kemiske egenskaber strækker sig til mange andre områder ud over juveler og præget mønter. Fra farmaceutisk forskning til nanoteknologi, dette gamle element bruges til at drive nye teknologier, der skubber verden ind i fremtiden.
Hvorfor og hvordan det er nyttigt
Af de 118 bekræftede elementer i det periodiske system, ni er naturligt forekommende elementer med radioaktive isotoper, der bruges i såkaldt nuklearmedicin. Guld er ikke radioaktivt, men er ikke desto mindre meget nyttig i medicin i form af guldholdige lægemidler.
Der er to klasser af guldmedicin, der bruges til behandling af leddegigt. Den ene er injicerbare guldthiolater - molekyler med et svovlatom i den ene ende, og en kemisk kæde af stort set enhver beskrivelse knyttet til dem - fundet i lægemidler som Myocrisin, Solganol og Allocrysin. Den anden er et oralt kompleks kaldet Auranofin.
Guld bruges også i stigende grad inden for nanoteknologi. Et nanomateriale betragtes generelt som et materiale, hvor en af dets tre dimensioner er 100 nanometer (nm) eller mindre. Nanoteknologi er nyttig, fordi det ikke er begrænset til et bestemt materiale - ethvert materiale kan i princippet gøres til et nanomateriale - men derimod en særlig egenskab:egenskaben af størrelse.
For eksempel, guld i bulkform har en tydelig gul farve. Men da det er brudt op i meget små stykker, begynder det at ændre farve, gennem en række røde og lilla, afhængigt af guldnanopartiklernes relative størrelse. Sådanne nanopartikler kan bruges i en række forskellige applikationer, for eksempel inden for de biomedicinske eller optisk-elektroniske felter.
En anden spændende fremgang for guld inden for nanoteknologi var opdagelsen i 1983, at en ren guldoverflade dyppet ned i en opløsning indeholdende et thiolat kunne danne selvsamlede monolag. Disse monolag ændrer overfladen af guld på meget innovative måder. Forskning i overflademodifikation er vigtig, fordi overfladen af alt kan vise meget andre egenskaber end hovedparten (det vil sige indersiden) af det samme materiale.
Mere på vej
Guldnanopartikler har også vist sig at være en effektiv katalysator. En katalysator er et materiale, der øger hastigheden af en kemisk reaktion og dermed reducerer mængden af energi, der kræves uden selv at undergå nogen permanent kemisk ændring. Dette er vigtigt, fordi katalyse er kernen i mange fremstillede varer, vi bruger i dag. For eksempel, en katalysator gør propylen til propylenoxid, hvilket er det første trin i at lave frostvæske.
To opdagelser i 1980'erne fik forskere til at se på guldkatalyse forskelligt. Masatake Haruta, i Osaka, Japan, lavede blandede oxider indeholdende guld - og opdagede, at materialet var bemærkelsesværdigt aktivt til at katalysere oxidationen af giftigt kulilte til kuldioxid. I dag, denne katalysator findes i bilens udstødninger.
På samme tid Graham Hutchings, der arbejdede i industrien i Johannesburg, Sydafrika, opdagede en guldkatalysator, der ville fungere bedst til acetylenhydrochlorering. Denne proces er central for PVC -plast, som bruges i stort set al VVS -produktion. Indtil da, den industrielle katalysator til denne proces brugte miljøvenligt kviksølvchloridmateriale.
Mange applikationer
Efter min mening, guld har mange flere anvendelser, der endnu ikke er opdaget. Der er meget mere at vente i guldforskningsverdenen.
Der vil, i de næste par år, være nye udviklinger i, hvordan elementet bruges i, blandt andre, medicin, nanoteknologi og katalyse. Det vil også finde nye anvendelser inden for relativistisk kvantekemi (kombinerer relativistisk mekanik med kvantekemi), overfladevidenskab (overfladernes fysik og kemi, og hvordan de interagerer), luminescens og fotofysik - og mere.
Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.