Oulun yliopisto

Hopean hapettumisen salat selvitetty

Jaa

Metallipinnan hapettuminen on yleinen ilmiö, jonka kaikkia yksityiskohtia ei vielä tunneta. Kansainvälinen tutkimusryhmä on onnistunut selvittämään, miten hapettuminen etenee hopean pinnalla.

Metallipinnan hapettuminen on ilmiönä jokaiselle tuttu. Kaikki ovat nähneet vihreitä kuparikattoja, tummuneita hopealusikoita, harmaata alumiinia ja ruostunutta rautaa. Harvempi on kuitenkaan pysähtynyt miettimään, miten tämä ilmiö tarkkaan ottaen tapahtuu, ja miksi eri metallit näyttävät hapettuneina niin erilaisilta. On myös hieman yllättävää, että pitkään jatkuneesta tutkimuksesta huolimatta tiedekään ei ole onnistunut selvittämään tämän arkipäiväisen tuntuisen ilmiön kaikkia yksityiskohtia.

Lähtökohta on kuitenkin selkeä: on olemassa puhdas, hapettumaton metallipinta ja ilma, jossa on happimolekyylejä. Pinnalle tultuaan happimolekyylit hajoavat, ja ennen pitkää muodostuu hapettunut kerros eli oksidi, joka alkuperäisestä metallista riippuen on ohut tai paksu. Joissain tapauksissa tämä kerros alkaa hylkiä happea, jolloin pinta ei enää kykene hapettumaan syvemmälle. Tähän perustuu muun muassa alumiinin ja ruostumattoman teräksen korroosionkestävyys. Puhtaan ja kokonaan hapettuneen pinnan väliin mahtuu kuitenkin joukko mielenkiintoisia metallin ja hapen muodostamia rakenteita, jotka voivat muistuttaa esimerkiksi perhosta, salmiakkikarkkia tai kukan terälehtiä. Rakenteen yksityiskohdat riippuvat paitsi siitä, mikä metalli on kyseessä, myös hapen määrästä, lämpötilasta jne.

Kansainvälinen tutkimusryhmä, johon kuuluu jäseniä Genovan yliopistosta Italiasta, University of Central Floridasta Yhdysvalloista ja teoreettisen fysiikan professori Matti Alatalo Oulun yliopistosta, on selvittänyt, miten hapettuminen etenee hopean pinnalla. Tunnelointimikroskooppimittaukset ja kvanttimekaaniset laskut paljastavat, että hajoava happimolekyyli syrjäyttää pintakerroksessa olevan hopea-atomin eli se ikään kuin kaivaa itselleen kuopan, josta hapettuminen lähtee liikkeelle. Aiemmin on oletettu, että hapettuneiden rakenteiden muodostuminen vaatisi pinnalla olevia askelmia, joiden reuna-atomit kulkeutuvat happiatomien läheisyyteen. Nyt tehty havainto selittää myös esimerkiksi sen, miksi pinnan heijastavuus tietyssä lämpötilassa muuttuu: satunnaisissa paikoissa hajonneet happimolekyylit saavat aikaan sen, että hapettuneita rakenteita on siellä täällä epäjärjestyksessä, mikä vähentää heijastavuutta.

Hopeapinnan hapettumisella on mummon lusikkakokoelmaa laajempaakin merkitystä. Hopea on kemianteollisuudessa yleisesti käytetty katalyytti, jonka avulla valmistetaan mm. etyleenioksidia, jota käytetään lukuisien tuotteiden raaka-aineena ja sellaisenaan esimerkiksi sairaalavälineiden desinfioinnissa. Hapettuminen on katalyysin kannalta tärkeä ilmiö, ja useissa tapauksissa juuri hapettunut pinta toimii katalyyttinä. Hapettumisen tarkka ymmärtäminen auttaa suunnittelemaan tulevaisuudessa entistä parempia katalyyttejä.

Hopean hapettumista käsittelevä artikkeli julkaistiin johtavassa fysiikan yleisjulkaisusarjassa Physical Review Letters (linkki tiedotteen liitteenä).

Yhteyshenkilöt

Professori Matti Alatalo, NANOMO-tutkimusyksikkö, Oulun yliopisto, matti.alatalo@oulu.fi, puh. 040 5127 332

Linkit

Tietoja julkaisijasta

Oulun yliopisto
Oulun yliopisto
Pentti Kaiteran katu 1
90570 Oulu

0294 480 000http://www.oulu.fi/yliopisto/

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista jo ennen kuin ne uutisoidaan? Kun tilaat tiedotteemme tältä julkaisijalta, saat ne sähköpostiisi yhtä aikaa suomalaisen median kanssa. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Oulun yliopisto

Hyvä fyysinen kunto suojaa sydäntä11.12.2017 10:03Tiedote

Arvostetussa Medicine & Science in Sports & Exercise-lehdessä julkaistu oululainen tutkimus osoittaa, että fyysinen kunto on tärkeämpi sydäntä suojaava tekijä kuin kehon rasvan määrä tai fyysinen arki-aktiivisuus. Tulokset viittaavat siihen, että elintapamuutoksissa tulisi ensisijaisesti keskittyä fyysisen kunnon parantamiseen sydänterveyden edistämiseksi. Toki fyysistä kuntoa voidaan kohottaa lisäämällä arki-aktiivisuutta, jolla on myös fyysisestä kunnosta riippumattomia vaikutuksia sydänterveyteen.

Oulun yliopisto selvittämään ikiroudan sulamisen terveysvaikutuksia7.12.2017 01:00Tiedote

Oulun yliopisto on mukana laajassa kansainvälisessä tutkimuksessa, jossa ryhdytään selvittämään ihmisten ja ympäristön vuorovaikutusta ikiroudan peittämillä rannikkoalueilla. EU -rahoitteisessa Nunataryuk -projektissa tutkitaan, kuinka ilmastonmuutos vaikuttaa herkkään ympäristöön, sulattaa ikiroutaa, nostaa merenpintaa ja kuinka muutokset vaikuttavat ihmisten elinkeinoihin, terveyteen ja yhteisöihin. Tutkimusalueina ovat Pohjois-Amerikka, Grönlanti ja Huippuvuoret sekä Itä-Siperia.

Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki STT Infossa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme