Het periodiek systeem van chemische elementen wordt dit jaar 150. De verjaardag is een kans om een ​​licht te werpen op bepaalde elementen - waarvan sommige alomtegenwoordig lijken, maar waar gewone mensen buiten de wereld van de chemie waarschijnlijk niet veel van weten.

Een daarvan is goud, dat het onderwerp was van mijn postdoctorale graden in de chemie, en die ik al bijna 30 jaar studeer. In de chemie, goud kan worden beschouwd als een late starter in vergelijking met de meeste andere metalen. Het werd altijd beschouwd als chemisch "inert" - maar in de afgelopen decennia is het tot bloei gekomen en zijn er verschillende interessante toepassingen ontstaan.

Langs, nieuwsgierige geschiedenis

Goud ontleent zijn naam aan het Latijnse woord aurum ("geel"). Het is een element met een lange maar nogal mysterieuze geschiedenis. Bijvoorbeeld, het is een van de 12 bevestigde elementen in het periodiek systeem waarvan de ontdekker onbekend is. De andere zijn koolstof, zwavel, koper, zilver, ijzer, blik, antimoon, kwik, leiding, zink en bismut.

Hoewel we niet zeker weten wie het heeft ontdekt, er zijn aanwijzingen dat het al in 3000 voor Christus bekend was bij de oude Egyptenaren. historisch, het primaire gebruik was voor sieraden; dit is vandaag de dag nog steeds het geval, het wordt ook gebruikt in muntmunten. Goud wordt ook gevonden in oude en moderne kunst:het wordt gebruikt om robijn of paars pigment te maken, of als bladgoud.

Zuid-Afrika was ooit verreweg het grootste goudproducerende land:het heeft meer dan 1 000 ton alleen al in 1970. De jaarlijkse productie is sindsdien gestaag gedaald - de top drie van goudproducerende landen in 2017 waren China, Australië en Rusland, met een gecombineerd productie van bijna 1000 ton. Zuid-Afrika is gedaald naar de 8e positie, zelfs overtroffen door Peru en Indonesië.

Maar het gebruik van goud en de chemische eigenschappen ervan strekken zich uit tot veel andere gebieden dan juwelen en geslagen munten. Van farmaceutisch onderzoek tot nanotechnologie, dit oude element wordt gebruikt om nieuwe technologieën aan te drijven die de wereld de toekomst in duwen.

Waarom en hoe het nuttig is

Van de 118 bevestigde elementen in het periodiek systeem, negen zijn natuurlijk voorkomende elementen met radioactieve isotopen die worden gebruikt in de zogenaamde nucleaire geneeskunde. Goud is niet radioactief, maar is niettemin zeer nuttig in de geneeskunde in de vorm van goudbevattende medicijnen.

Er zijn twee klassen van gouden medicijnen die worden gebruikt om reumatoïde artritis te behandelen. Een daarvan is injecteerbare goudthiolaten - moleculen met een zwavelatoom aan het ene uiteinde, en een chemische keten van vrijwel elke beschrijving die eraan vastzit - gevonden in medicijnen zoals Myocrisin, Solganol en Allocrysine. De andere is een oraal complex genaamd Auranofin.

Goud wordt ook steeds vaker gebruikt in nanotechnologie. Een nanomateriaal wordt over het algemeen beschouwd als een materiaal waarvan een van de drie dimensies 100 nanometer (nm) of minder is. Nanotechnologie is nuttig omdat het niet beperkt is tot een bepaald materiaal - in principe zou elk materiaal tot een nanomateriaal kunnen worden gemaakt - maar eerder een bepaalde eigenschap:de eigenschap van grootte.

Bijvoorbeeld, goud in zijn bulkvorm heeft een duidelijke gele kleur. Maar omdat het in hele kleine stukjes wordt verdeeld, begint het van kleur te veranderen, door een reeks van rood en paars, afhankelijk van de relatieve grootte van de gouden nanodeeltjes. Dergelijke nanodeeltjes kunnen in verschillende toepassingen worden gebruikt, bijvoorbeeld op biomedisch of optisch-elektronisch gebied.

Een andere opwindende vooruitgang voor goud in nanotechnologie was de ontdekking in 1983 dat een schoon goudoppervlak gedompeld in een oplossing die een thiolaat bevat, zelf-geassembleerde monolagen kon vormen. Deze monolagen wijzigen het oppervlak van goud op zeer innovatieve manieren. Onderzoek naar oppervlaktemodificatie is belangrijk omdat het oppervlak van alles heel andere eigenschappen kan vertonen dan de bulk (dat wil zeggen, binnenkant) van hetzelfde materiaal.

Meer volgt

Gouden nanodeeltjes hebben ook bewezen een effectieve katalysator te zijn. Een katalysator is een materiaal dat de snelheid van een chemische reactie verhoogt en zo de benodigde hoeveelheid energie vermindert zonder zelf een permanente chemische verandering te ondergaan. Dit is belangrijk omdat katalyse de kern vormt van veel gefabriceerde goederen die we tegenwoordig gebruiken. Bijvoorbeeld, een katalysator zet propyleen om in propyleenoxide, wat de eerste stap is bij het maken van antivries.

Twee ontdekkingen in de jaren tachtig deden wetenschappers anders naar goudkatalyse kijken. Masatake Haruta, in Osaka, Japan, maakte gemengde oxiden die goud bevatten - en ontdekte dat het materiaal opmerkelijk actief was om de oxidatie van giftig koolmonoxide tot kooldioxide te katalyseren. Vandaag, deze katalysator wordt aangetroffen in uitlaatgassen van voertuigen.

Tegelijkertijd Graham Hutchings, die in de industrie in Johannesburg werkte, Zuid-Afrika, ontdekte een goudkatalysator die het beste zou werken voor acetyleenhydrochlorering. Dit proces staat centraal bij PVC-kunststof, die in vrijwel alle sanitairproductie wordt gebruikt. Tot dan, de industriële katalysator voor dit proces was het gebruik van milieuonvriendelijk kwikchloridemateriaal.

Veel toepassingen

Naar mijn mening, goud heeft veel meer toepassingen die nog niet zijn ontdekt. Er komt nog veel meer in de wereld van goudonderzoek.

Er zal, in de komende jaren, nieuwe ontwikkelingen zijn in de manier waarop het element wordt gebruikt in, onder anderen, medicijn, nanotechnologie en katalyse. Het zal ook nieuwe toepassingen vinden in relativistische kwantumchemie (combinatie van relativistische mechanica met kwantumchemie), oppervlaktewetenschap (de fysica en chemie van oppervlakken en hoe ze op elkaar inwerken), luminescentie en fotofysica - en meer.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.