Contents
Le tableau périodique des éléments chimiques a 150 ans cette année. Cet anniversaire est l’occasion de mettre en lumière des éléments particuliers, dont certains semblent omniprésents mais que les gens ordinaires, au-delà du monde de la chimie, ne connaissent probablement pas beaucoup.
L’un d’eux est l’or, qui a fait l’objet de mes diplômes de troisième cycle en chimie, et que j’étudie depuis près de 30 ans. En chimie, l’or peut être considéré comme un métal à démarrage tardif par rapport à la plupart des autres métaux. Il a toujours été considéré comme chimiquement « inerte » – mais au cours des dernières décennies, il s’est épanoui et une variété d’applications intéressantes ont vu le jour.
Une longue et curieuse histoire
L’or tire son nom du mot latin aurum (« jaune »). C’est un élément qui a une histoire longue mais assez mystérieuse. Par exemple, c’est l’un des 12 éléments confirmés du tableau périodique dont le découvreur est inconnu. Les autres sont le carbone, le soufre, le cuivre, l’argent, le fer, l’étain, l’antimoine, le mercure, le plomb, le zinc et le bismuth.
Bien que nous ne sachions pas exactement qui l’a découvert, il y a des preuves qui suggèrent qu’il était connu des anciens Égyptiens dès 3000 avant JC. Historiquement, son utilisation première était la bijouterie ; c’est encore le cas aujourd’hui, il est également utilisé dans la frappe de pièces de monnaie. L’or est également présent dans l’art ancien et moderne : il est utilisé pour préparer le pigment rubis ou violet, ou comme feuille d’or.
Sculpture de lion en or égyptien (Dieter Hawlan / Adobe Stock)
L’Afrique du Sud était autrefois de loin le premier pays producteur d’or : elle en a extrait plus de 1 000 tonnes rien qu’en 1970. Sa production annuelle n’a cessé de diminuer depuis lors. Les trois premiers pays producteurs d’or en 2017 étaient la Chine, l’Australie et la Russie, avec une production combinée de près de 1 000 tonnes. L’Afrique du Sud est tombée à la 8e place, dépassée même par le Pérou et l’Indonésie.
Mais les utilisations de l’or et ses propriétés chimiques s’étendent à bien d’autres domaines que les bijoux et les pièces de monnaie frappées. De la recherche pharmaceutique à la nanotechnologie, cet élément ancien est utilisé pour mettre au point de nouvelles technologies qui poussent le monde vers l’avenir.
Bracelets et colliers de bijoux en or de l’Égypte ancienne (EdNurg / Adobe Stock)
Pourquoi et comment c’est utile
Sur les 118 éléments confirmés dans le tableau périodique, neuf sont des éléments naturels avec des isotopes radioactifs qui sont utilisés dans la médecine dite nucléaire. L’or n’est pas radioactif, mais il est néanmoins très utile en médecine sous forme de médicaments contenant de l’or.
Il existe deux classes de médicaments en or utilisés pour traiter la polyarthrite rhumatoïde. La première est celle des thiolates d’or injectables – des molécules dont une extrémité comporte un atome de soufre et auxquelles est attachée une chaîne chimique de pratiquement n’importe quelle description – que l’on trouve dans des médicaments tels que la myocrisine, le solganol et l’allocrysine. L’autre est un complexe oral appelé Auranofin.
L’or est également de plus en plus utilisé dans les nanotechnologies. Un nanomatériau est généralement considéré comme un matériau dont l’une des trois dimensions est de 100 nanomètres (nm) ou moins. La nanotechnologie est utile parce qu’elle ne se limite pas à un matériau particulier – tout matériau pourrait en principe être transformé en nanomatériau – mais plutôt à une propriété particulière : la propriété de la taille.
Par exemple, l’or, dans sa forme la plus courante, a une couleur jaune distincte. Mais lorsqu’il est brisé en très petits morceaux, il commence à changer de couleur, en passant par une gamme de rouge et de violet, selon la taille relative des nanoparticules d’or. Ces nanoparticules pourraient être utilisées dans diverses applications, par exemple dans les domaines biomédical ou optique-électronique.
Une autre avancée passionnante pour l’or dans les nanotechnologies a été la découverte, en 1983, qu’une surface d’or propre plongée dans une solution contenant un thiolate pouvait former des monocouches auto-assemblées. Ces monocouches modifient la surface de l’or de manière très innovante. La recherche sur la modification de la surface est importante car la surface de n’importe quoi peut présenter des propriétés très différentes de la masse (c’est-à-dire l’intérieur) du même matériau.
Plus à venir
Les nanoparticules d’or se sont également révélées être un catalyseur efficace. Un catalyseur est un matériau qui augmente la vitesse d’une réaction chimique et réduit ainsi la quantité d’énergie nécessaire sans subir lui-même de changement chimique permanent. C’est important car la catalyse est au cœur de nombreux produits manufacturés que nous utilisons aujourd’hui. Par exemple, un catalyseur transforme le propylène en oxyde de propylène, ce qui constitue la première étape de la fabrication d’un antigel.
Deux découvertes dans les années 1980 ont amené les scientifiques à regarder différemment la catalyse de l’or. Masatake Haruta, à Osaka, au Japon, a fabriqué des oxydes mixtes contenant de l’or – et a découvert que ce matériau était remarquablement actif pour catalyser l’oxydation du monoxyde de carbone toxique en dioxyde de carbone. Aujourd’hui, ce catalyseur se trouve dans les gaz d’échappement des véhicules.
Au même moment, Graham Hutchings , qui travaillait dans l’industrie à Johannesburg, en Afrique du Sud, a découvert un catalyseur en or qui fonctionnerait mieux pour l’hydrochloration de l’acétylène. Ce procédé est essentiel pour le plastique PVC, qui est utilisé dans pratiquement toute la production de plomberie. Jusqu’alors, le catalyseur industriel de ce procédé utilisait du chlorure de mercure, un matériau peu écologique.
Illustration 3D de nanoparticules d’or (Kateryna_Kon / Adobe Stock)
De nombreuses applications
À mon avis, l’or a beaucoup d’autres usages qui n’ont pas encore été découverts. Il y a encore beaucoup à venir dans le monde de la recherche sur l’or.
Au cours des prochaines années, de nouvelles évolutions seront apportées à la manière dont cet élément est utilisé, entre autres, en médecine, en nanotechnologie et en catalyse. Il trouvera également de nouvelles applications dans la chimie quantique relativiste (combinant la mécanique relativiste et la chimie quantique), la science des surfaces (la physique et la chimie des surfaces et leur interaction), la luminescence et la photophysique – et bien d’autres encore.
Image du haut : Ancien masque péruvien en or (Carlos Santa Maria / Adobe Stock)
L’article « De la médecine aux nanotechnologies : comment l’or façonne tranquillement notre monde » de Werner van Zyl a été publié pour la première fois sur The Conversation et a été republié sous une licence Creative Commons.
.
