چرا آهن زنگ می‌زنه ولی طلا نه؟

یه میخ آهنی رو چند هفته توی حیاط ول کن. سطحش قرمز قهوه‌ای و زبر می‌شه. این پوسته رنگ یا خاکی نیست که روی آهن نشسته باشه؛ خودِ آهنه که داره از بین می‌ره و به یه ماده‌ی تازه تبدیل می‌شه. اسم این ماده زنگه: اکسید آهنی که آب هم توشه.

برای این تبدیل دو تا چیز با هم لازمه، اکسیژن و آب. میخ آهنی رو توی آبی بذاری که اکسیژنش رو گرفته باشن، چند هفته زنگ نمی‌زنه. توی روغنی بذاری که پر از اکسیژنه ولی آب نداره، باز هم زنگ نمی‌زنه.

حالا ببین دقیقاً چی رد و بدل می‌شه. اکسیژن از آهن الکترون می‌گیره، و آب کار جدا شدن الکترون‌ها از آهن رو آسون‌تر می‌کنه. نمک این کار رو باز هم تندتر می‌کنه؛ برای همینه که توی شهرهای برفی، که به جاده‌ها نمک می‌پاشن، ماشین‌ها زودتر زنگ می‌زنن.

اگه زنگ یه لایه‌ی سفت روی آهن بود، جلوی اکسیژن و آب رو می‌گرفت و ماجرا همون‌جا تموم می‌شد. ولی زنگ پر از سوراخ‌های ریزه، پوسته‌پوسته می‌شه و می‌ریزه. هر تکه‌ای که می‌افته، آهن تازه‌ی زیرش رو باز می‌کنه و اکسیژن و آب دوباره به فلز می‌رسن. برای همینه که آهنی که به حال خودش بمونه، لایه به لایه خورده می‌شه.

همه‌ی فلزها این‌طوری نیستن. آلومینیوم هم با اکسیژن ترکیب می‌شه، اون هم تقریباً فوراً، ولی اکسیدی که می‌سازه یکدست و چسبیده‌ست و نمی‌ریزه. همین لایه مثل سپر جلوی ادامه‌ی واکنش رو می‌گیره. توی فولاد ضدزنگ، کروم همین کار رو می‌کنه: یه لایه‌ی نامرئی می‌سازه که حدود صدهزار بار از یه تار مو نازک‌تره، و اگه روش خط بیفته، دوباره ساخته می‌شه.

پس مشکل آهن فقط این نیست که اکسید می‌شه؛ اینه که اکسیدش ازش محافظت نمی‌کنه. طلا ولی یه قدم عقب‌تر وایستاده: تقریباً اکسید نمی‌شه که سپر لازم داشته باشه.

توی شرایط معمولی، اکسید شدن برای بیشتر فلزها مثل یه سرازیریه: خودبه‌خود پیش می‌ره و لازم نیست کسی هلش بده. طلا و پلاتین استثناهای اصلی این قاعده‌ان.

دلیل اول به همون الکترون‌ها برمی‌گرده. توی زنگ زدن، اکسیژن از آهن الکترون می‌گیره. طلا ولی الکترون‌هاش رو محکم نگه می‌داره و به اکسیژن نمی‌ده. این رو مثل یه طناب‌کشی ببین: بین همه‌ی فلزها، زور طلا برای کشیدن الکترون از همه به زور اکسیژن نزدیک‌تره. وقتی دو طرف تقریباً هم‌زورن، هیچ‌کدوم طناب رو نمی‌بره، و پیوند طلا با اکسیژن ضعیف می‌مونه.

نتیجه‌اش اینه که اکسید طلا پایدار نیست. پژوهشگرها می‌گن حتی اگه شرایطی پیدا بشه که طلا اکسید بشه، احتمالاً فقط یه لایه‌ی نازک می‌سازه.

ولی این همه‌ی ماجرا نیست. محکم نگه داشتن الکترون‌ها به‌تنهایی کامل توضیح نمی‌ده که چرا طلا این‌قدر کم اکسید می‌شه.

اکسیژن هوا جفت‌جفته: دو تا اتم اکسیژن به هم چسبیده‌ان. برای این‌که فلزی اکسید بشه، سطحش اول باید این جفت رو از هم جدا کنه تا اتم‌های اکسیژن بتونن بهش بچسبن.

حالا ببین طلا چی کار می‌کنه. وقتی سطح تازه‌ای از طلا باز می‌شه، اتم‌هاش مثل خونه‌های صفحه‌ی شطرنج مربعی کنار هم هستن. ظرف چند ثانیه جابه‌جا می‌شن و یه چیدمان شش‌ضلعی فشرده‌تر می‌سازن، که زیر میکروسکوپ به شکل نقش جناغی دیده می‌شه. این سطح تازه جفت‌های اکسیژن رو خیلی بدتر از سطح مربعی از هم جدا می‌کنه.

دو پژوهشگر دانشگاه تولین، بیسواس و مونته‌مور، اندازه‌ی این اثر رو با محاسبه درآوردن. طبق محاسبه‌هاشون، اگه این جابه‌جایی نبود، طلا ظرف چند ثانیه شروع به اکسید شدن می‌کرد. پس طلا فقط به خاطر جنسش سالم نمی‌مونه؛ اتم‌های سطحش هم هر بار از نو خودشون رو می‌چینن. این‌که اگه چیزی جلوی این چیدمان رو بگیره چی می‌شه، خودش یه ماجرای دیگه‌ست.