L'acier rouille avec le temps ; le cuivre passe au vert. Mais l’or semble imperméable aux éléments. Les scientifiques ont maintenant découvert un nouveau détail expliquant pourquoi l’or reste si intact.
Les atomes à la surface de l’or se réorganisent selon une géométrie qui empêche l’oxydation, processus qui provoque le ternissement de nombreux métaux. Sans ce réarrangement, l'or commencerait à s'oxyder en quelques secondes, rapportent des chercheurs le 21 mai dans Lettres d'examen physique.
Pour qu’un métal s’oxyde, il doit d’abord diviser les molécules d’oxygène de l’air ambiant, constituées chacune de deux atomes d’oxygène. Les atomes d’oxygène peuvent alors former des composés qui adhèrent à la surface du métal. Les chercheurs ont donc calculé dans quelle mesure les surfaces de l’or pouvaient diviser l’oxygène.
Une fois qu’une nouvelle surface d’or est exposée, par exemple en la découpant, les atomes perdent leur disposition originale dans le réseau d’atomes, un processus appelé reconstruction. Différents agencements d'atomes peuvent se produire à l'extérieur de l'or, et les chercheurs en ont étudié deux courants, pour lesquels les atomes sont initialement disposés en carrés, mais reconstruits en hexagones.
Sur la base de calculs de mécanique quantique, les chercheurs ont découvert que la disposition carrée était bien meilleure pour diviser l’oxygène que la disposition hexagonale. Pour que la structure hexagonale divise l’oxygène, elle devrait d’abord se déformer pour reprendre sa forme carrée d’origine, un obstacle qui empêche l’oxydation. (Une troisième structure de surface commune de l’or, déjà connue pour son mauvais pouvoir oxydant, est intrinsèquement hexagonale.)
L'oxyde d'or lui-même est instable, donc même si la disposition carrée pouvait être maintenue dans certaines conditions, le matériau ne formerait probablement qu'une fine couche d'oxyde, explique l'ingénieur chimiste Matthew Montemore, co-auteur de l'étude. Mais les résultats pourraient aider les scientifiques à comprendre comment mieux concevoir des catalyseurs, des matériaux qui favorisent la progression des réactions chimiques.
La réticence de l’or reconstruit à s’oxyder était « vraiment une surprise », déclare Montemore, de l’Université Tulane de la Nouvelle-Orléans. Les minuscules changements de position font une énorme différence : « L’oxydation est entre un milliard et un billion de fois plus lente une fois réarrangée. »