L’or brille. L’a toujours été, et le sera toujours.
Il ne rouille pas. Cela ne ternit pas. Il reste là, brillant et obstinément jaune, se moquant du reste du tableau périodique. Nous appelons cela la noblesse chimique. Cela signifie que le métal ignore fondamentalement le monde qui l’entoure. L’oxygène arrive pour essayer de se lier ? Gold dit non merci.
Cette résistance est légendaire. Mais personne ne savait exactement pourquoi – du moins au niveau atomique. Jusqu’à maintenant.
Les chimistes computationnels Santu Biswas et son partenaire Matthew M. Montemore de l’Université de Tulane ont exécuté les simulations. Ils ont déchiffré le code.
La géométrie de la surface. C’est ça. C’est la punchline.
Le problème de l’ajustement serré
Sur l’or en vrac – l’objet de vos bijoux – les atomes à la surface se regroupent comme une foule lors d’un concert à guichets fermés. Un motif hexagonal. Bien enroulé. Pas d’espace pour bouger.
Lorsqu’une molécule d’oxygène (dioxygène) frappe cette surface, elle veut se briser en deux atomes réactifs afin de pouvoir commencer à ronger le métal. C’est ainsi que se forme la rouille. Mais sur l’or, il n’y a pas de place.
La molécule se heurte au mur d’atomes d’or. Il ne peut pas s’y faufiler. Il ne peut pas se briser. Ça rebondit.
Le motif est si serré que l’oxygène ne peut pas se briser pour déclencher l’oxydation.
C’est un simple jeu de poulet gagné par des contraintes d’espace. L’or ne repousse pas activement l’oxygène ; il n’y a tout simplement pas l’espace physique nécessaire pour que la chimie se produise. L’emballage hexagonal serré est en fait l’agencement le plus stable et le plus confortable pour les atomes d’or. L’anticorrosion ? C’est juste un effet secondaire heureux du confort.
Attendez, les nanoparticules existent
Voici le problème. Si l’or en vrac est inerte, pourquoi les scientifiques ont-ils été si excités dans les années 198 lorsqu’ils ont découvert que les nananoparticules d’or étaient excellentes pour activer l’oxygène ?
Les nanoparticules sont minuscules. Ils catalysent des réactions telles que la conversion du monoxyde de carbone toxique en dioxyde de carbone inoffensif. Pour que cela fonctionne, vous avez besoin d’oxygène réactif. Vous avez besoin que le dioxygène s’ouvre.
Alors, si l’or en vrac résiste si durement à l’oxygène, comment les minuscules particules provoquent-elles l’oxydation si facilement ? Cela n’avait aucun sens.
Biswas et Montemor e ont examiné les structures de surface de ces minuscules particules dans leurs modèles informatiques. Ils ont comparé deux configurations.
- Surfaces reconstruites. Les packs serrés et hexagonaux.
- Surfaces non reconstruites. Motifs plus amples et carrés.
Les résultats ont été stupéfiants.
Sur les surfaces carrées et meubles, l’oxygène se divisait sans effort. En fait, cela s’est produit des milliards, voire des milliards de fois plus facilement que sur les hexagones serrés. La géométrie avait tout simplement suffisamment de marge de manœuvre. Assez d’« achat », comme disent les chercheurs, pour que la molécule s’ouvre d’elle-même.
Conception du catalyseur
Ceci explique le paradoxe. Les minuscules particules d’or ne forment probablement pas complètement cette structure hexagonale parfaite et serrée. Ils gardent certaines de ces zones lâches et carrées exposées.
L’or n’est pas noble car il déteste l’oxygène. C’est noble car sa forme préférée ne correspond pas aux besoins de l’oxygène.
Changer la forme ? Vous changez la chimie.
Les résultats suggèrent que nous pouvons concevoir des surfaces en or spécifiquement pour conserver ces motifs carrés réactifs. Ou supprimez-les si nous voulons la stabilité. Nous pouvons modifier la géométrie pour équilibrer la résistance à la corrosion et le pouvoir catalytique.
“La création de surfaces avec des structures carrées ou rectangulaires peut améliorer l’activité catalytique”, ont écrit les chercheurs.
Alors peut-être que l’or n’est pas aussi paresseux que nous le pensions. Peut-être que c’était juste une mauvaise tenue. Maintenant que nous savons que la coupe du costume est importante, nous pouvons l’adapter.
Reste à savoir si nous utiliserons ces connaissances pour purifier l’air ou simplement fabriquer de meilleurs bijoux. L’or reste jaune de toute façon. Mais la porte à la réactivité ? Cela s’est ouvert en grand.
