Les secrets de l’éclat (presque) inaltérable de l’or dévoilés

L’argent, le cuivre et le fer s’oxydent, mais l’or conserve naturellement son éclat. De nouvelles recherches contribuent à éclairer la résilience de ce métal précieux, à l’échelle atomique.

Reconstruction atomique

L’or est chimiquement peu réactif : il ne réagit pas facilement avec les molécules de son environnement, comme l’oxygène présent dans l’air. S’il s’agit évidemment d’une propriété appréciable dans le domaine de la joaillerie, elle limite ses applications dans celui de la chimie, en empêchant par exemple son utilisation comme catalyseur.

Lire aussi Le télescope James-Webb dévoile la chimie inédite de la comète 3I/Atlas, née hors de notre Système solaire

Afin de préciser les mécanismes impliqués, des chercheurs américains ont mené une série de simulations. Comme l’expliquent Matthew Montemore et Santu Biswas, de l’université de Tulane, lorsque l’on découpe des échantillons d’or, les atomes des surfaces nouvellement exposés se réorganisent complètement et forment un motif hexagonal stable, en raison de leur faible niveau d’énergie dans cette configuration. « Ce type de reconstruction s’avérant rare chez les métaux, nous nous sommes demandé si elle contribuait au caractère inerte de l’or », écrivent-ils.

Des modèles avancés ont permis d’explorer les états quantiques des atomes dans plusieurs configurations, et leurs interactions avec l’oxygène. Globalement, pour qu’une surface d’or reconstruite perde une partie de son éclat, une molécule d’oxygène doit d’abord se scinder en deux au moment de la heurter. Alors que cette scission nécessite beaucoup d’énergie lorsque les atomes sont disposés en hexagone, rendant le ternissement très improbable, cette quantité est nettement plus faible dans le cas d’un motif rectangulaire.

« Comme la disposition hexagonale est plus courante, l’or a tendance à rester brillant », note Biswas. « Nous n’avions jamais vraiment envisagé ce lien entre géométrie atomique, reconstruction et oxydation auparavant. »

Lire aussi Google prépare un lâcher massif de moustiques mâles infectés pour freiner leur reproduction sans insecticide

Implications potentielles

De telles découvertes suggèrent que le comportement catalytique de l’or pourrait être ajusté en contrôlant minutieusement sa reconstruction de surface. « On pourrait orienter les atomes vers des structures rectangulaires, moins résistantes à l’oxydation, en appliquant par exemple une tension électrique aux échantillons », commente Hongliang Xin, de Virginia Tech.

Pour les auteurs de la nouvelle étude, publiée dans la revue Physical Review Letters, la prochaine étape consistera à étendre l’analyse à des réactions et des molécules autres que l’oxygène, ainsi qu’à des alliages d’or en plus de l’or pur.

L’an passé, une étude avait révélé qu’en Laponie, l’or poussait littéralement sur les arbres.

Lire aussi Le barrage des Trois Gorges montre à quel point les constructions humaines pèsent sur la Terre