Oulun yliopisto

Hopean hapettumisen salat selvitetty

14.6.2017 10:14 | Oulun yliopisto

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

Oulun yliopisto mukaan pohjoismaiseen metallien 3D-tulostushankkeeseen21.8.2017 09:00Tiedote

Oulun yliopisto, Luulajan teknillinen yliopisto ja Tromssan yliopisto ovat käynnistäneet yhteishankkeen kehittääkseen alueen pk-yrityksille soveltuvan metalliosien 3D tulostusmenetelmän. Uudella valmistustekniikalla pyritään vahvistamaan alueen tuotannollisten pk-yritysten kansainvälistä kilpailukykyä. Kolmen arktisen yliopiston lisäksi hankkeeseen osallistuu 15 pohjoisen alueella toimivaa yritystä, joista valtaosa on pieniä tai keskisuuria yrityksiä.

Väitös: Geneettiset syyt ja riskitekijät mitokondriotaudeissa yleisesti esiintyvien oireiden taustalla18.8.2017 14:41Tiedote

Mitokondriot ovat soluelimiä, joiden tärkein tehtävä on solujen energiantuotanto. Niiden määrä on suurin sellaisissa soluissa ja kudoksissa, jotka tarvitsevat runsaasti energiaa, esimerkiksi hermostossa ja lihaksissa. Mitokondrioiden toimintahäiriöt voivat johtaa monimuotoisiin oireisiin ja sairauksiin vaihdellen lievistä vakaviin. Monimuotoisuudesta huolimatta mitokondriotaudeilla on tiettyjä tyypillisiä oireita kuten kuulonalenema, diabetes ja ataksia. Tässä väitöstutkimuksessa on tutkittu perintötekijöitä potilailla, joilla mitokondriotaudeille tyypilliset oireet ovat alkaneet aikuisiällä. WFS1-geenin haitalliset mutaatiot aiheuttavat harvinaista hermoston rappeutumasairautta, jonka vastikään on esitetty liittyvän mitokondrioiden toimintahäiriöihin. Väitöstutkimuksessa tunnistettiin WFS1-geenin variantteja, joiden ei tiedetä aiheuttavan rappeutumasairautta, mutta jotka lisäävät kuulonaleneman ja diabeteksen riskiä. Tutkimuksessa osoitettiin myös WFS1-geenin muutosten altistavan ikäk

Väitös: Tietotekniset työkalut ennustamassa proteiinien toimintaa molekyylirakenteeseen perustuen15.8.2017 14:58Tiedote

Proteiinit muodostavat molekyylirakenteen, joka ohjaa jokaista elävää solua. Niiden monimutkainen rakenne edesauttaa kemiallisia reaktioita, jotka ovat tarpeen sekä solujen selviytymisessä että lisääntymisessä. Proteiinien kemiallisen koostumuksen, rakenteen ja toimintatarkoituksen ymmärtäminen on yksi perimmäisistä kysymyksistä molekyylibiologiassa ja biokemiassa.

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