اكتشاف بنية جديدة للذهب تضع تنبؤاتنا على المحك

اكتشاف بنية جديدة للذهب تضع تنبؤاتنا على المحك

يعد الذهب أحد أهم العناصر على جميع المستويات. إذ يعد عنصرا مؤثرا جدا في الاقتصاد الدولي والعالمي؛ نظرا لكونه أحد العناصر الثمينة والنادرة، بالإضافة لاستخدامه بشكل كبير في التطبيقات الصناعية؛ وذلك لأنه عنصر شديد الاستقرار، عال القساوة ويشابه العناصر النبيلة في خموله وصعوبة تفاعله كيميائيا. وفي بحثٍ علميٍّ جديد يمكن القول بأننا وجدنا ميزة إضافية تضاف إلى ماسبق.

تغير مفاجئ

عند وضع عنصر الذهب تحت ضغط شديد لأجزاء نانوية من الثانية فإن البنية الذرية للذهب تتغير. فتصبح البنية أشبه ببنية المواد الأكثر قساوة من الذهب. تعد هذه المرة الأولى التي يتم فيها رصد حالة بنوية شاذة للذهب، والتي قد تساعد العلماء على تحسين فهمهم لتصرفات العناصر تحت الضغط. كما ذكرنا سابقا. يتميز الذهب بأنه عنصر مستقر؛ إذ إن البنية الكريستالية للذهب تجعله شديد المقاومة للضغوط العالية. هذه البنية تتبع طبيعة بنوية تدعى البنية التكعيبية مركزية الوجوه face centred cubic: fcc؛ تحتوي هذه البنية على مكعب في كل زاوية من زوايا المكعب، بالإضافة لهذا فإنها تحتوي على ذرة أخرى في مركز كل وجه من وجوه المكعب، هذه البنية شديدة القوة لدرجة أنها تستطيع احتمال ثلاث أضعاف الضغط الموجود في مركز الكرة الأرضية، ولكن عادةً يتم تطبيق الضغط بشكل تدريجي. عند تعريض الذهب لضغط مفاجئ يصبح الموضوع أكثر تشويقا.

تحت ضغط مفاجئ يقدر بـ223 جيجاباسكال، والذي يشكل ضغطًا أعلى من الضغط الجوي على مستوى سطح البحر بنسبة 2.2 مليون مرة، يقوم الذهب بإعادة ترتيب نفسه بشكل أقل ارتصاصًا، فيصبح ذو بنية تكعيبية مركزية الجسد (body centred cubic:bcc). يمكن تعريف هذه البنية بكونها تمتلك ذرة في كل زاوية من زوايا المكعب، ولكنها تحتوي على ذرة واحدة فقط في المنتصف، كلتا البنيتين الذريتين تصبحان موجودتين عند الانتقال من بنية إلى أخرى.

لماذا يشكل الانتقال البنوي أمرا مفاجئا؟

بالرغم من كون الانتقال بين البينتين الذريتين أمرا مألوفًا بالنسبة للعاملين في مجال الصلب (الفولاذ)، إلا أنها المرة الأولى التي يتم فيها رصد هذا التغيير في الذهب. فبعد تعريض الذهب لثلثي الضغط الموجود في مركز الأرض، تميل بنية الذهب لتصبح أقل ارتصاصًا من البنية الأولية للذهب. لم يتوقف الباحثون عند ضغط 223 جيجاباسكال؛ فبعد تعريض الذهب لهذا الضغط المفاجئ، قام العاملون بمراقبة التغيرات التي تحدث لبنية العنصر باختلاف الضغط، بعد 262 جيجاباسكال تم تغيير بنية الذهب بشكل كامل وبدأ الذهب بالإنصهار، وعند ضغط 322 والذي يساوي الضغط في مركز الأرض تقريبا، أصبح الذهب سائلًا بالكامل. وهي حالة غريبة لم يتم رصدها سابقا عند تعريض الذهب لهذه الدرجة من الضغط تدريجيا.

يعد الذهب عنصرًا مثيرًا للاهتمام بطبيعته؛ نظرا للميزات السالف ذكرها. وإذا أضفنا هذه الميزة سيصبح أكثر بريقا. حتى إن الباحثين يعتقدون أن هذه الخاصية توفّر الكثير من التطبيقات في المجال الصناعي؛ وذلك لأن الحالات المختلفة للمادة تكسبه خواص مختلفة. فعلى سبيل المثال: يستطيع الحديد أن يكتسب كلتا البنيتبن بالاعتماد على درجة حرارته. وهذا ما يعد خاصية مهمة في صناعة الصلب؛ إذ إنّ البنية مركزية الوجه أكثر قدرة على امتصاص الكربون من البنية مركزية الجسد (الأبرد). أما بالنسبة للذهب فإن عملية التحويل البنوي غير مفهومة بشكل كامل. يظهر البحث أن التحول البنوي للذهب يعتمد على الحرارة والضغط، والذي يمكن أن يساعد في فهمنا المستقبلي لعملية التحويل. بالإضافة لهذا يعتقد العلماء أنه عند تعريض الذهب لضغط 220 جيجاباسكال بشكل مفاجئ، يصبح الذهب في حالة ثلاثية؛ أي في وضع اتزان للحالة الصلبة والسائلة والغازية في نفس الوقت.

إن العديد من التنبؤات النظرية للذهب تحت الظروف المتطرفة فشلت في توقع تكون البنية مركزية الجسد، ولكن هذه الدراسة تعتبر شديدة الأهمية لتغيير توقعاتنا ووضع نظريات جديدة تفسر تصرفات المواد تحت الضغط الشديد.

المصدر