Det periodiska systemet för kemiska grundämnen fyller 150 i år. Jubileet är en chans att lysa upp vissa element - varav några verkar allestädes närvarande men som vanliga människor bortom kemivärlden förmodligen inte vet så mycket om.

En av dessa är guld, som var ämnet för mina doktorsexamen i kemi, och som jag har studerat i nästan 30 år. Inom kemi, guld kan betraktas som en sen förrätt jämfört med de flesta andra metaller. Det ansågs alltid vara kemiskt "inert" - men under de senaste decennierna har det blomstrat och en mängd intressanta tillämpningar har dykt upp.

En lång, nyfiken historia

Guld tar sitt namn från det latinska ordet aurum ("gul"). Det är ett element med en lång men ganska mystisk historia. Till exempel, det är ett av 12 bekräftade element i det periodiska systemet vars upptäckare är okänd. De andra är kol, svavel, koppar, silver, järn, tenn, antimon, kvicksilver, leda, zink och vismut.

Även om vi inte är säkra på vem som upptäckte det, det finns bevis som tyder på att det var känt av de gamla egyptierna så långt tillbaka som 3000 f.Kr. Historiskt sett dess främsta användning var för smycken; så är det fortfarande idag, det används också i myntmynt. Guld finns också i forntida och modern konst:det används för att förbereda rubin eller lila pigment, eller som bladguld.

Sydafrika var en gång överlägset det bästa guldproducerande landet:det tog över 1, 000 ton enbart 1970. Dess årliga produktion har sjunkit stadigt sedan dess - de tre bästa guldproducerande länderna 2017 var Kina, Australien och Ryssland, med en kombinerad produktion på nästan 1000 ton. Sydafrika har sjunkit till åttonde plats, till och med överträffad av Peru och Indonesien.

Men guldets användning och dess kemiska egenskaper sträcker sig till många andra områden bortom juveler och präglade mynt. Från läkemedelsforskning till nanoteknik, detta gamla element används för att driva ny teknik som driver världen in i framtiden.

Varför och hur det är användbart

Av de 118 bekräftade elementen i det periodiska systemet, nio är naturligt förekommande element med radioaktiva isotoper som används i så kallad kärnmedicin. Guld är inte radioaktivt, men är ändå mycket användbar inom medicin i form av guldinnehållande läkemedel.

Det finns två klasser av guldläkemedel som används för att behandla reumatoid artrit. Den ena är injicerbara guldtiolater - molekyler med en svavelatom i ena änden, och en kemisk kedja av nästan vilken som helst beskrivning som bifogas dem - finns i läkemedel som Myocrisin, Solganol och Allocrysin. Den andra är ett oralt komplex som kallas Auranofin.

Guld används också alltmer inom nanoteknik. Ett nanomaterial anses i allmänhet vara ett material där någon av dess tre dimensioner är 100 nanometer (nm) eller mindre. Nanoteknik är användbart eftersom det inte är begränsat till ett visst material - vilket material som helst kan i princip göras till ett nanomaterial - utan snarare en särskild egenskap:storleksegenskapen.

Till exempel, guld i sin bulkform har en tydlig gul färg. Men eftersom det delas upp i mycket små bitar börjar det byta färg, genom en rad röda och lila, beroende på den relativa storleken på guldnanopartiklarna. Sådana nanopartiklar kan användas i en mängd olika applikationer, till exempel inom de biomedicinska eller optiskt-elektroniska fälten.

En annan spännande framsteg för guld inom nanoteknik var upptäckten 1983 att en ren guldyta doppad i en lösning som innehåller ett tiolat kan bilda självmonterade monoskikt. Dessa monoskikt modifierar guldytan på mycket innovativa sätt. Forskning om ytmodifiering är viktig eftersom ytan på allt kan visa mycket olika egenskaper än massan (det vill säga insidan) av samma material.

Det kommer mera

Guldnanopartiklar har också visat sig vara en effektiv katalysator. En katalysator är ett material som ökar hastigheten för en kemisk reaktion och därmed minskar mängden energi som krävs utan att själv genomgå någon permanent kemisk förändring. Detta är viktigt eftersom katalys är kärnan i många tillverkade varor som vi använder idag. Till exempel, en katalysator förvandlar propen till propylenoxid, vilket är det första steget i att göra frostskyddsmedel.

Två upptäckter på 1980 -talet fick forskare att se på guldkatalys annorlunda. Masatake Haruta, i Osaka, Japan, tillverkade blandade oxider innehållande guld - och upptäckte att materialet var anmärkningsvärt aktivt för att katalysera oxidationen av giftig kolmonoxid till koldioxid. I dag, denna katalysator finns i fordonsavgaser.

Samtidigt Graham Hutchings, som arbetade inom industrin i Johannesburg, Sydafrika, upptäckte en guldkatalysator som skulle fungera bäst för acetylenhydroklorering. Denna process är central för PVC -plast, som används i nästan all VVS -produktion. Tills dess, den industriella katalysatorn för denna process använde miljövänligt kvicksilverkloridmaterial.

Många applikationer

Enligt min åsikt, guld har många fler användningsområden som ännu inte har upptäckts. Det finns mycket mer att komma till inom guldforskningsvärlden.

Det kommer, under de närmaste åren, vara ny utveckling i hur elementet används i, bland andra, medicin, nanoteknik och katalys. Det kommer också att hitta nya tillämpningar inom relativistisk kvantkemi (som kombinerar relativistisk mekanik med kvantkemi), ytvetenskap (ytornas fysik och kemi och hur de interagerar), luminescens och fotofysik - och mer.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.