金は世界で最も非常に望ましい金属の一つです。 貴重な黄色の金属は本質的に珍しく、古くから通貨の媒体として、また宝飾品の製造に使用されてきました（図1）。1流星によって地球にもたらされると信じられて、金は本当にこの世界の外にあります！2金は特別であり、なぜそれが私たちの社会においてその価値を維持しているという多くの理由があります。, しかし、金は我々が思ったよりもさらに特別かもしれません。
この光沢のある金属を作り、加工することによって、人々は徐々にその物理的および化学的性質を学んできました。, “真の金は火を恐れていない”という古い中国のイディオムは、木材火災（600-1000℃）の上に置かれたときにバルク金が無傷で光沢のあるままであるという事実に由来するが、他のほとんどの金属（銅、亜鉛、ニッケルおよびそれらの合金など）は、これらの条件で溶融および/または変色する。 化学用語では、金は酸化に対して優れた化学的安定性を有し、比較的高い融点（1064℃）を有すると言う。 しかし、ナノサイエンスのおかげで、他の特別な特性を維持しながら、金が異なる温度でどのように振る舞うかを変える方法があることが判明しまし,
金で何が起こっているのかを理解するのに役立つ例として、水に関する私たちの毎日の経験を使ってみましょう。 氷（固体）は常に一定の温度で水（液体）に溶けているように見え、水は常に一定の温度で蒸気（気体）に蒸発するように見えることがわかっています。 これらの温度は、それぞれ融点および沸点と呼ばれる。 融点および沸点は、局所圧力によって異なる場合がある。 そのお料理や焼きのレシピが異なる指示のための高高度、低気圧より低い高度.,
沸点を操作するために山を登ったり下ったりする必要はありません。 圧力を上げると、水の沸点が高くなるため、蒸発せずに水が熱くなり、料理がより速く調理されます（図2）。
圧力鍋が内部の圧力をどのように上昇させるかを理解するには、液体の分子が加熱されたときに何が起こるかを覚えておく必要があります：彼らは遠く離れて移動し始めます！ しかし融点はローカル圧力変更に大いにより少なく敏感です。 これは、気体に蒸発する液体と比較して、固体が液体に溶けるときに体積が一般的にあまり増加しないためです。 （サイドノート：水は、それが固体にフリーズするとき、そのボリュームが実際に大きくなるという点で珍しいです–これまでソーダの缶が冷凍庫で爆発してい, –しかし、それは別の投稿のトピックです！)
主なポイント局所的な圧力を変えることによって物質の融点を操作することは実用的ではないということ–少しでも融点の変化を得るためには、圧力を大幅に変化させなければならない（図3）。
しかし、材料の融点を変更する他の方法はありますか？, そして、この記事のメイントピックに戻って、室温で金を溶かすことはできますか？
以前のブログ記事”Nanoparticles Are All Around Us”では、材料のサイズがナノスケールに減少するにつれて、多くの物理的および化学的性質も変化することについて議論 これは主に”表面効果”、つまり表面積と体積比の増加によるものです（図4）。3
たとえば、金の色は、サイズがナノメートルの範囲に減少すると、光沢のある黄色から濃い赤色に変化します(図5)。 では、材料の融点は、そのサイズがナノスケールに減少するにつれてどのように変化するのでしょうか？
早くも1871年（実際にナノ粒子を見る方法がなかったとき）、サー-ウィリアム-トムソンは、融点が粒子の半径に反比例して変化することを示しました。Gibbs-Thomson equation4として知られています。
材料の粒径やその他の特性に関する情報を入力すると、材料のサイズと融点が直接関連していることを示します。—– 材料のサイズが減少するにつれて、融点も減少する。, この現象は一般に”融点の低下”として知られています。5
図6は、ギブス-トムソン方程式による金のナノ粒子サイズと融点の関係を示しています。 我々が見ることができるように、金ナノ粒子の融点は、サイズが約23-25℃未満に減少すると、室温（-1℃）よりもさらに低くなることができる。,4ナノメートル そのサイズでは、各ナノ粒子には約85個の原子しか存在せず、ほとんどの原子が表面に露出しています。6（対照的に、4nmの粒子では、ほぼ2000個の金原子があり、ほとんどの原子は粒子の内側にまだ残っています。 どんな風にまか? 私たちのブログ記事を参照してください。”)
固体と液体の違いは、通常のサイズのオブジェクトでは見やすいです：液体は移動し、流れ、そしてそれらが入れられているが、固体は剛性であり、周りにスロッシュしないものは何でも容器の形を取ります。,7しかし、ここで説明してきた”液体ナノ粒子”を直接視覚化する方法はありますか？
透過型電子顕微鏡(TEM)は、この目的に非常に適しています。 電子ビームが試料に当たると、それらはナノ粒子を加熱して溶融することができる。 試料中の原子は、入射電子ビームを多くの特定の方向に回折させることもあります。, これらの回折ビームの角度および強度を測定することによって、回折パターンを作成し、試料中の原子の位置を決定することができる。 原子は一般に固体中では高度に秩序化されるが、液体中では動き回り、異なる回折パターンをもたらす。 固体試料では斑状パターンが観察されるのに対し，液体試料ではハローパターンが観察される。 その上で、いまとの差別化固体から液体状態を見てその電子回折パターン, （電子顕微鏡の詳細については、私たちの投稿”顕微鏡下の自然：ナノ科学の美しさを探る”を参照してください。)
1954年には早くも高木はこの戦略を用いて”融点抑制”をテストした(図8)。 彼は比較的融点が低く、5nm厚のフィルムに容易に作ることができるので研究に鉛を選びました。, TEMの下で、高木らのチームは、厚さ5nmの鉛膜の融点が通常の327℃から170℃に低下することを見た9
高木の結果は印象的でしたが、リアルタイムで固体から液体への転移をキャプチャすることができませんでした。 今日では、in situ TEMと呼ばれるものの開発のおかげでこれを行うことができます。10 10nmより小さい銀ナノ粒子をタングステンチップ上に置いたとき、研究者らは特定の状況下で”液体のような”挙動を観察した。, 銀ナノ粒子は内部で非常に結晶性のままであり、溶融しなかったことを示唆しています—粒子が実際に溶融していた場合、結晶パターンはなく、完全にランダム化された原子配列（図8のハローパターンのようなもの）が見られると予想されます。 この興味深い”液体のような”挙動は、銀ナノ粒子上の原子が圧力下で動き回り、それが溶けているような錯覚を与えることに起因していました（図9）。,
このすべては、人々が”真の金は火を恐れていない”と考えていたにもかかわらず、金を含むナノスケールの金属は室温で液体のように振る舞うことができることを理解するのに役立ちます。,
一方では、融点の低下は、彼らが彼らの技術的応用に機能するために固体状態にある必要がある場合、いくつかのナノ粒子はあまり有用ではな 一方で、融点の低下はまたnanoparticlesが液体状態でよりよく働く適用のために非常に有用です。 例えば、ナノスケール材料の形状を、融点よりもはるかに低い温度で容易に変化させることができます。
したがって、私たちが始めた質問に対する答えは次のとおりです。, 理論的には、金、または他の材料は、ナノスケールでの材料の驚くべき特性のおかげで”溶融”したと考えることができます。
教育リソース
- 水と蒸気の特性のための国際協会：なぜ水は凍結すると膨張するのですか？
- Journal of Chemical Education:The Science of Chocolate:Interactive Activities on Phase Transitions,Emulsulation,and Nucleation by Amy Rowat et al., （サブスクリプションが必要な場合があります）
- ジョージア大学拡張：私たちの食品の背後にある科学–分子量を見つけるために凝固点うつ病を使用して
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