Таинственные взрывы сверкающего золота

Одним из величайших «научных» начинаний Средневековья было изучение хризопея, процесс превращения неблагородных металлов, таких как свинец, в золото. Большинство практиков были обречены на неудачу, но один немецкий алхимик по имени Зебальт Шварцер внес единственный вклад, который выдержал испытание временем.

В своем фолианте 1585 года Хризопея Шварцериана, он описывает синтез первого в мире взрывчатого вещества, вещества, известного как гремучее золото. Это кристаллическое вещество почти мгновенно превращается в облако пурпурного и красного дыма в результате реакции, идущей со сверхзвуковой скоростью. Отсюда и фугасность (фугасное взрывчатое вещество горит на дозвуковой скорости). Гремящее золото относительно легко изготовить, но оно очень нестабильно и может взорваться от слуха или даже прикосновения.

Эта нестабильность затрудняла учебу. Его кристаллическая структура плохо изучена, и даже его химическая формула до недавнего времени не поддавалась анализу. Оказывается, гремящее золото — это не какое-то конкретное химическое вещество, а смесь полимерных соединений золота, хлора и аммиака.

Есть и еще одна загадка: облако дыма, которое образуется при взрыве гремящего золота. Никто точно не знает, почему он фиолетовый или красный. Современные химики предположили, что дым состоит в основном из наночастиц золота и уже давно используется для покрытия предметов красивой фиолетовой патиной. Химики знают, что наночастицы золота могут делать то же самое.

Но это всего лишь косвенное свидетельство наличия золота. Что необходимо, так это четкое научное доказательство присутствия золота в дыме.

Золотые стандарты

Ян Ушко и его коллеги из Бристольского университета в Великобритании собрали первые убедительные доказательства того, что реакция представляет собой взрыв золота. «Мы впервые показываем, что взрыв гремящего золота создает наночастицы золота размером от 10 до 300 нм», — говорят они. Они добавляют, что их открытие может помочь в производстве более качественных наночастиц в будущем.

Сначала команда изготовила несколько образцов гремящего золота и поместила на них сетку с углеродным покрытием, пока они нагревались. В результате взрывов частицы дыма попали на сетку.

Затем команда просканировала сетку с помощью трансмиссионного электронного микроскопа и охарактеризовала найденные частицы.

Оказывается, сетка была покрыта наночастицами диаметром от 10 до 300 нм. Изображения, полученные с помощью электронного микроскопа, показали, что кристаллические плоскости внутри наночастиц имеют расстояние 0,24 нм, что соответствует золоту.

Затем команда сравнила картины дифракции электронов с теоретически ожидаемыми от золота и обнаружила близкое совпадение. «Эта работа является доказательством давно предполагаемой природы облака, образующегося при взрыве гремящего золота», заключают они.

Пурпурный и красный цвет обусловлен тем, как электроны на поверхности наночастиц взаимодействуют со светом посредством процесса, называемого плазмонным резонансом. Действительно, другие ученые недавно показали, что золотые украшения иногда могут иметь фиолетовую бахрому, когда на их поверхности образуются наночастицы, как, например, во дворце Альгамбра в Гренаде в Испании.

Всё, что блестит…

Бристольская команда утверждает, что наночастицы, образовавшиеся в результате взрыва, обладают некоторыми уникальными характеристиками. Наночастицы обычно имеют форму сфер, но деформируются, когда их диаметр превышает несколько нанометров. Это происходит посредством процесса, называемого оствальдовским созреванием, когда мелкие частицы растворяются, а затем снова вырастают в более крупные частицы. Это также уменьшает разницу в размерах.

Но наночастицы, образовавшиеся в результате взрывной детонации гремящего золота, имеют широкий диапазон диаметров: от сферической до 300 нм в диаметре. Ушко и его коллеги говорят, что это почти наверняка потому, что скорость детонации не позволяет произойти созреванию Оствальда или другим подобным процессам.

Такие большие наносферы необычны, и взрывы предполагают новый способ производства. «Таким образом, можно создавать более крупные наночастицы золота со сферичностью, которая чаще всего наблюдается на ранних стадиях формирования, когда наночастицы малы», — говорят Ушко и компания.

Это интересная работа по решению древней проблемы. Шварцер наверняка был бы поражен!

---

Ссылка: Взрывчатая хризопея: arxiv.org/abs/2310.15125