science >> Wetenschap >  >> Chemie

'S Werelds beste gouden exemplaar onderzocht met Los Alamos-neutronen

Het gouden exemplaar van Ram's Horn draad. Krediet:Harvard University

Met behulp van neutronenkarakteriseringstechnieken heeft een team van wetenschappers in een van de meest unieke voorbeelden van draadgoud gekeken, voor het eerst de structuur van het monster en het mogelijke vormingsproces begrijpen. De 263 gram, 12 centimeter hoog exemplaar, bekend als de Ramshoorn, behoort tot de collectie van het Mineralogical and Geological Museum Harvard University (MGMH).

"Bijna niets anders dan het bestaan ​​van het exemplaar is bekend over draadgoud, " zei Sven Vogel, een natuurkundige in het neutronenwetenschapscentrum van Los Alamos National Laboratory, LANSCE, een halve mijl lange deeltjesversneller die hoog- en laagenergetische protonen en neutronen levert voor een breed scala aan wetenschappelijk onderzoek.

Gevonden in 1887 in de Ground Hog Mine in Red Cliff, Colorado, mysterieus gevormd als een gedraaide bundel draden in plaats van de meer herkenbare goudklomp, de Ram's Horn heeft mineralogen verbijsterd sinds zijn ontdekking. Het onbekende:wat is de fundamentele structuur en hoe is het ontstaan?

"Sommige inheemse metalen, een metaal of metaallegering die in de natuur wordt gevonden, kan voorkomen in wat draadmorfologie wordt genoemd, " zei John Rakovan, Hoogleraar mineralogie aan de Miami University in Ohio. "Veel vaker voor in zilver, de draadmorfologie wordt zelden gezien in goudmonsters en dit exemplaar is zonder twijfel het best bekende voorbeeld."

Vanwege de zeldzaamheid en bijbehorende geldwaarde is het niet mogelijk om in het exemplaar te snijden of open te breken, en vanwege zijn dichtheid kunnen röntgenstralen met lage energie en andere diagnostiek alleen buitenoppervlakken ondervragen, dus er zijn nooit wetenschappelijke studies gepubliceerd over de interne aard van dit exemplaar, tot nu.

De onderzoeksresultaten suggereren dat draadgoud heel anders is dan draadzilver. "Draadzilver is een mozaïekachtig polykristallijn aggregaat met vele honderden tot duizenden kristallen in een enkele draad, "zei Rakovan. "Het goud lijkt uit slechts een paar enkele kristallen te bestaan. Verder, we ontdekten dat deze monsters geen puur goud zijn, maar eerder goud-zilverlegeringen met maar liefst 30 procent zilver als vervanging voor goud in de atomaire structuur."

Krediet:Los Alamos National Lab

"We wisten dat dit goudmonster aan de oppervlakte voor ongeveer 70 procent uit goud bestond, maar niemand wist of dat alleen aan de oppervlakte het geval was. " zei Vogel. "Met behulp van onze neutronenbron, die we normaal gebruiken om materialen zoals uraniumlegeringen of nucleaire brandstoffen te bestuderen, we konden verifiëren dat dit monster homogeen is, wat betekent dat het hele monster deze 70-30 mix van goud tot zilver is."

In een aparte studie, Rakovan en collega's ontdekten onlangs dat de groei van draadzilver leidt tot een onverwachte isotopenverrijking. Het Los Alamos-team gebruikt de neutronenspectroscopiegegevens om te evalueren of isotopenverrijking ook optreedt in deze goud-zilverlegeringen. Een andere verrassing was de uniformiteit van het goud/zilver mengsel. "Omdat de legering zeer homogeen is, het lijkt erop dat het zilver zich op atomistisch niveau hecht aan het goud in de kristallijne structuur, ' zei Rakovan.

De resultaten van deze studie zullen implicaties hebben voor geowetenschappers die proberen de geochemische processen te begrijpen die een rol spelen bij de vorming van goudafzettingen, en voor materiaalwetenschappers en ingenieurs die de unieke eigenschappen van deze materialen in technologische toepassingen kunnen gebruiken.

De unieke mogelijkheden van de LANSCE-faciliteit kunnen worden gebruikt om de binnenkant van waardevolle exemplaren zoals deze gouddraad te bestuderen zonder ze te hoeven openen voor analyse. Met behulp van neutronentechnieken bij LANSCE kunnen wetenschappers in deze grote gouden exemplaren "kijken", niet-destructief, en leer over hun textuur, atoom structuur, en element- en isotopenchemie.

Het monster zal het middelpunt vormen van een nieuwe tentoonstelling in het Harvard Museum of Natural History in het voorjaar van 2020. "The Rare and Beautiful, " het benadrukken van de aspecten die een object waardevol maken, en hoe de waardering van de mensheid voor schoonheid, zeldzaamheid, uniciteit en cultuur hebben die waarden gevormd. De gouddraad is niet alleen 's werelds mooiste gouden exemplaar, maar het vertegenwoordigt ook unieke omstandigheden van vorming die het vormingsproces en uiteindelijk de geschiedenis van de aarde onthullen. De tentoonstelling is een zeldzame kans voor het publiek om dit gouden exemplaar te zien, normaal buiten het zicht in een bankkluis bewaard.

"Het Mineralogical and Geological Museum in Harvard is een van de oudste en continu werkende minerale musea in de Verenigde Staten, " zei Raquel Alonso-Perez, conservator bij MGMH. "Vanwege de sterke scheikundeafdeling van Harvard, de universiteit begon in de jaren 1850 met het verzamelen van mineralen om hun kristallijne structuur vanuit chemisch oogpunt beter te begrijpen." Het gouddraadmonster werd in 1947 aan Harvard nagelaten als onderdeel van de AC Burrage Collection.

"Deze academische samenwerkingen verleggen echt de grenzen voor ons, " zei Vogel. "We gebruiken de LANSCE-versneller meestal om materialen te karakteriseren die relevant zijn voor de Los Alamos-missie, maar we kunnen het soms ook toepassen op geologische monsters zoals dit zeer beroemde gouden exemplaar. Het is een win-win voor het Laboratorium en de universiteiten."