Pourquoi l’or ne ternit jamais : une explication enfin fournie
L’or a longtemps été apprécié pour son éclat brillant et durable. Des chercheurs de l’Université de Tulane ont récemment découvert une raison cruciale expliquant pourquoi ce métal précieux reste si résistant au ternissement. Leurs travaux montrent que la durabilité de l’or ne dépend pas uniquement de sa chimie, mais aussi de l’agencement des atomes à sa surface.
L’étude, publiée dans Physical Review Letters, révèle que les atomes présents sur certaines surfaces d’or se réorganisent naturellement en motifs protecteurs, rendant extrêmement difficile la réaction de l’oxygène avec le métal. Ce comportement nouvellement identifié aide à expliquer pourquoi les bijoux en or, les pièces de monnaie et d’autres objets peuvent conserver leur éclat pendant des siècles. De plus, cela pourrait aider les scientifiques à développer des catalyseurs à base d’or plus efficaces pour la fabrication industrielle et les technologies d’énergie propre.
La défense atomique cachée de l’or
« Les gens ont généralement pensé que l’or ne ternit pas simplement parce qu’il n’interagit pas fortement avec l’oxygène », a déclaré Matthew Montemore, professeur associé en génie chimique à l’École des sciences et de l’ingénierie de Tulane. « Ce que nous montrons, c’est que pour deux des types de surfaces d’or les plus courants, les atomes de surface se réorganisent d’une manière qui rend l’or beaucoup plus résistant à l’oxydation. »
Pour explorer ce processus, Montemore et son co-auteur Santu Biswas, chercheur postdoctoral au département de génie chimique et biomoléculaire de Tulane, ont utilisé des simulations informatiques pour modéliser le comportement des atomes et des électrons. Ils ont examiné comment les molécules d’oxygène interagissent avec deux types de surfaces d’or courants.
Les simulations ont révélé que si les atomes de surface ne se réorganisaient pas, les molécules d’oxygène pouvaient se scinder beaucoup plus facilement et réagir avec l’or. Au lieu de cela, la restructuration atomique limite considérablement ces réactions. Selon les chercheurs, ces surfaces réorganisées réduisent les réactions avec l’oxygène d’un facteur d’un milliard à un trillion, créant ainsi une barrière protectrice à l’échelle atomique qui permet à l’or de rester brillant presque indéfiniment.
Les implications pour les catalyseurs en or
Au-delà de l’explication de l’une des caractéristiques les plus reconnaissables de l’or, cette recherche pourrait avoir des implications importantes pour la catalyse. Les catalyseurs à base d’or, qui accélèrent les réactions chimiques, sont déjà utilisés dans plusieurs processus d’oxydation industriels. Cependant, la même propriété qui rend l’or très résistant à l’oxygène, le rendant idéal pour les bijoux et l’électronique, réduit également son efficacité pour certaines réactions liées à la fabrication chimique et à l’énergie.
Par exemple, les catalyseurs or-palladium sont utilisés pour produire de l’acétate de vinyle, un ingrédient essentiel dans de nombreux plastiques et autres produits. Les scientifiques explorent également les catalyseurs en or pour des applications telles que l’élimination du monoxyde de carbone des gaz d’échappement des véhicules et la production d’oxyde de propylène, un autre produit chimique industriel largement utilisé.
« Si vous pouvez tromper l’or pour qu’il dissocie l’oxygène, il peut en fait devenir un catalyseur très efficace pour certaines réactions », a déclaré Montemore. « Notre travail suggère une nouvelle stratégie pour potentiellement y parvenir en empêchant ou en inversant ces réarrangements de surface. »
Une nouvelle stratégie pour de meilleurs catalyseurs
Jusqu’à présent, les efforts pour améliorer les catalyseurs en or se sont principalement concentrés sur la combinaison de l’or avec d’autres métaux ou l’utilisation de minuscules nanoparticules d’or sur des surfaces d’oxyde. Les nouvelles découvertes suggèrent qu’il pourrait y avoir une autre voie à explorer. En contrôlant la géométrie de la surface de l’or et la manière dont ses atomes s’organisent, les chercheurs pourraient améliorer les performances catalytiques du métal tout en approfondissant leur compréhension de la raison pour laquelle l’or est resté inaltéré à travers l’histoire.
Source : Physical Review Letters
