Tại sao vàng là kim loại mà lại mềm và dễ uốn?

Một nghệ nhân dán lá vàng lên gỗ bằng kỹ thuật "guazzo", đánh bóng lá vàng bằng mã não. (Ảnh: Vittoriano Rastelli qua Getty Images)

Đầu tiên, điều quan trọng là phải phân biệt tính dễ uốn với tính mềm. Tính dễ uốn là thước đo mức độ vật liệu có thể được rèn thành hình dạng mới mà không bị vỡ.

Trong khi các kim loại khác bị vỡ khi đập qua một điểm nhất định, thì 28 gam vàng có thể được rèn thành một tấm có kích thước khoảng 5 m trên một mặt và các dát vàng có thể rất mỏng, theo ước tính của Phòng thí nghiệm Jefferson ở Newport News, Virginia, Mỹ.

Ngược lại, có nhiều định nghĩa về độ cứng và độ mềm, tùy thuộc vào cách người ta kiểm tra độ bền của vật liệu. Dựa trên thang đo Mohs, thước đo mức độ chống trầy xước của vật liệu, kim loại mềm nhất là Caesium, đủ mềm để cắt bằng dao bơ, theo Kỷ lục Guinness Thế giới.

Có thể cho rằng, kim loại mềm nhất có thể là thủy ngân, là chất lỏng ở nhiệt độ phòng và dễ bị biến dạng hơn vàng, Mark Jones, nhà tư vấn hóa học và thành viên của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ. Ông nói: "Theo đánh giá của tôi, nó mềm hơn vàng."

Điều gì làm cho vàng dễ uốn?

Dror Fixler, kỹ sư quang điện và giám đốc Viện Công nghệ nano và Vật liệu tiên tiến Bar-Ilan ở Israel, cho biết tính dẻo của vàng có thể xuất phát từ hai yếu tố: cấu trúc nguyên tử và cách các nguyên tử của nó liên kết với nhau.

Fixler cho biết, cấu trúc nguyên tử của vàng dẫn đến việc nó sở hữu cái gọi là cấu trúc tinh thể lập phương tâm diện.

Ông nói: “Trong cấu trúc này, mỗi nguyên tử được bao quanh bởi 12 nguyên tử lân cận. Sự sắp xếp của các nguyên tử trong một mạng lập phương tâm diện cho phép biến dạng dễ dàng mà không phá vỡ cấu trúc tổng thể."

Ngoài ra, vàng là một kim loại. Điều này có nghĩa là các nguyên tử của nó được liên kết với nhau bằng các liên kết kim loại, trong đó các electron ngoài cùng của mỗi nguyên tử có thể tự do di chuyển xung quanh cấu trúc tổng thể của vật liệu.

Tuy nhiên, trước câu hỏi liệu những yếu tố này có đủ để giải thích tính dễ uốn của vàng hay không, TS Fixler nói: " Đồng và bạc có cấu hình giống nhau. Chúng liên kết với nhau giống nhau. Chúng không mềm như vàng".

TS Mark Jones cũng cho biết, kim loại thường không phải là một tinh thể lớn, thay vào đó, chúng được tạo thành từ các tinh thể nhỏ, gọi là hạt. Và nghiên cứu năm 1977 của Đại học Leeds cho rằng, kích thước hạt mà vàng hình thành có thể giải thích tính dẻo của nó.

Vàng nổi tiếng là không có liên kết hóa học với các nguyên tố khác. Điều này có nghĩa là vàng không bị xỉn màu với các lớp ô xit trên bề mặt của chúng như bạc và đồng, Jones cho biết. Những ô xít này làm cho đồng và bạc dễ bị vỡ hơn. Ngược lại, việc không có các ô xít này có thể giúp vàng dễ uốn hơn các kim loại khác.