O ouro é o mais nobre de todos os metais conhecidos: não reage facilmente com substâncias como o oxigénio, porque a disposição extremamente compacta dos átomos na sua superfície impede que as moléculas de oxigénio se dividam e desencadeiem a oxidação.
Há várias boas razões para o ouro ser um dos metais mais valiosos da Terra.

Entre elas, e não menos importante, está o seu brilho reluzente.
Ao contrário de muitos outros metais, o ouro é extremamente resistente à ferrugem, ao embaciamento e à corrosão — daqui a milhares de anos continuará a brilhar com a mesma tonalidade amarela intensa que apresenta hoje.
Esta propriedade é conhecida como nobreza química, o que significa que o elemento tem baixa reatividade.
Agora, os químicos computacionais Santu Biswas e Matthew M. Montemore, da Universidade Tulane, nos Estados Unidos, descobriram a razão.
De acordo com o seu estudo, recentemente publicado na Physical Review Letters, a disposição dos átomos na superfície do ouro forma um padrão tão densamente compacto, que a molécula de dioxigénio, que de outro modo interagiria com ele, não consegue dividir-se com facilidade suficiente para desencadear a oxidação.

Basta afrouxar ligeiramente esse padrão para que o ouro se torne dramaticamente mais vulnerável à ferrugem — o que, na prática, poderá ser algo positivo.
Em química, a ativação do oxigénio é uma etapa crucial que permite que outras reações ocorram. Por exemplo, para converter monóxido de carbono em dióxido de carbono, é necessário um átomo de oxigénio livre e reativo que se possa ligar ao CO para formar CO₂.
Para esse efeito, os cientistas podem “ativar” o dioxigénio recorrendo a uma superfície metálica que ajude a dividir a molécula em dois átomos de oxigénio altamente reativos.
O ouro seria um catalisador especialmente desejável para esta reação precisamente por ser tão inerte — isto é, por não reagir intensamente com outros átomos ou moléculas.
Alguns catalisadores de ativação de oxigénio são muito mais reativos, o que pode gerar subprodutos indesejáveis; noutros casos, o próprio catalisador liga-se demasiado fortemente ao oxigénio e corrói-se ao longo do tempo.
Poder-se-ia pensar que o ouro seria um mau candidato para este tipo de trabalho, mas, nos anos 80, os cientistas fizeram uma descoberta surpreendente: embora o ouro maciço seja inadequado para a catálise de oxigénio, as nanopartículas de ouro revelam-se surpreendentemente eficazes na ativação do oxigénio.

Esta descoberta levantou uma grande questão.
Se o ouro resiste tão intensamente ao oxigénio, como conseguem estas minúsculas partículas impulsionar reações de oxidação?
O novo estudo sugere que a resposta poderá residir na forma como os átomos estão dispostos na superfície do ouro.

Biswas e Montemore recorreram a simulações computacionais para estudar o que acontece quando moléculas de oxigénio entram em contacto com superfícies de ouro à escala nanoscópica, com diferentes disposições de átomos.
Em particular, estudaram dois tipos distintos de padrões: superfícies “reconstruídas“, em que os átomos se organizam na disposição hexagonal densamente compacta que o ouro naturalmente prefere; e superfícies “não reconstruídas“, que formam padrões mais soltos, semelhantes a quadrados.
A diferença entre os dois tipos de superfície revelou-se marcante. Nas superfícies não reconstruídas, o cenário não poderia ser mais diferente. As moléculas de oxigénio dividem-se com relativa facilidade.
As simulações sugerem que tal se deve ao facto de, na superfície hexagonal densamente compacta, as moléculas de oxigénio não encontrarem espaço suficiente para se dividirem com facilidade.
Os padrões quadrados têm uma geometria mais solta, com esse espaço integrado, e as moléculas de oxigénio conseguem muito mais facilmente encontrar o apoio necessário para se dividirem.
Com que maior facilidade, afinal? Muitas ordens de grandeza, concluíram os investigadores.
A dissociação do oxigénio ocorreu entre mil milhões e biliões de vezes mais prontamente nas superfícies não reconstruídas do que nas reconstruídas.
Isto poderá ajudar a explicar por que razão as minúsculas nanopartículas de ouro se comportam de forma tão diferente do ouro maciço. As partículas de pequenas dimensões podem não desenvolver plenamente as superfícies reconstruídas e densamente compactas observadas em fragmentos de ouro maiores, deixando expostas regiões mais reativas com padrões semelhantes a quadrados.
A disposição compacta dos átomos de superfície no ouro maciço não foi necessariamente concebida para resistir à oxidação; é simplesmente a configuração mais estável para o metal. A resistência à corrosão é apenas um curioso efeito secundário dessa configuração.
As novas conclusões poderão ajudar os cientistas a desenvolver catalisadores de ouro que equilibrem a resistência à corrosão com uma ativação eficiente do oxigénio.
“Isto proporciona uma nova compreensão sobre por que razão o ouro é tão inerte em relação ao dioxigénio e sugere que a criação de superfícies com estruturas quadradas ou retangulares poderá melhorar significativamente a atividade catalítica para reações de oxidação no ouro”, concluem os investigadores.