Le tableau périodique des éléments chimiques fête ses 150 ans cette année. L'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 grand-chose.

L'un d'eux est l'or, qui faisait 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 démarreur tardif par rapport à la plupart des autres métaux. Il a toujours été considéré comme chimiquement « inerte » – mais au cours des dernières décennies, il a prospéré et une variété d'applications intéressantes ont émergé.

Le long de, histoire curieuse

L'or tire son nom du mot latin aurum ("jaune"). C'est un élément avec 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 en carbone, soufre, le cuivre, argent, fer à repasser, étain, antimoine, Mercure, mener, zinc et bismuth.

Bien que nous ne sachions pas qui l'a découvert, il existe des preuves suggérant qu'il était connu des anciens Égyptiens dès 3000 avant JC. Historiquement, son utilisation principale était pour les bijoux; C'est encore le cas aujourd'hui, il est également utilisé dans les pièces de monnaie. L'or se retrouve aussi dans l'art ancien et moderne :il sert à préparer des pigments rubis ou violets, ou sous forme de feuille d'or.

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 baisser depuis lors - les trois principaux pays producteurs d'or en 2017 étaient la Chine, Australie et Russie, avec un combiné production de près de 1000 tonnes. L'Afrique du Sud a chuté à la 8e position, même dépassé par le Pérou et l'Indonésie.

Mais les utilisations de l'or et ses propriétés chimiques s'étendent à de nombreux autres domaines au-delà des bijoux et des pièces frappées. De la recherche pharmaceutique aux nanotechnologies, cet élément ancien est utilisé pour conduire de nouvelles technologies qui poussent le monde vers l'avenir.

Pourquoi et comment c'est utile

Sur les 118 éléments confirmés du tableau périodique, neuf sont des éléments naturels avec des isotopes radioactifs qui sont utilisés en médecine dite nucléaire. L'or n'est pas radioactif, mais est néanmoins très utile en médecine sous forme de médicaments contenant de l'or.

Il existe deux classes de médicaments aurifères utilisés pour traiter la polyarthrite rhumatoïde. L'un est des thiolates d'or injectables - des molécules avec un atome de soufre à une extrémité, et une chaîne chimique de pratiquement n'importe quelle description qui leur est attachée - trouvée dans des médicaments tels que Myocrisin, Solganol et 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 de ses trois dimensions est de 100 nanomètres (nm) ou moins. La nanotechnologie est utile car 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 taille.

Par exemple, l'or dans sa forme en vrac a une couleur jaune distincte. Mais comme il est brisé en très petits morceaux, il commence à changer de couleur, à travers une gamme de rouge et violet, en fonction de la taille relative des nanoparticules d'or. De telles nanoparticules pourraient être utilisées dans une variété d'applications, par exemple dans les domaines biomédical ou optique-électronique.

Une autre avancée passionnante pour l'or en nanotechnologie 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 surface est importante parce que la surface de n'importe quoi peut présenter des propriétés très différentes de celles de la masse (c'est-à-dire, l'intérieur) du même matériau.

Plus à venir

Les nanoparticules d'or se sont également avérées être un catalyseur efficace. Un catalyseur est un matériau qui augmente la vitesse d'une réaction chimique et réduit ainsi la quantité d'énergie requise sans subir lui-même de changement chimique permanent. Ceci 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, qui est la première étape dans la fabrication d'antigel.

Deux découvertes dans les années 1980 ont amené les scientifiques à considérer différemment la catalyse aurifère. Masatake Haruta, à Osaka, Japon, a fabriqué des oxydes mixtes contenant de l'or - et a découvert que le 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.

Parallèlement Graham Hutchings, qui travaillait dans l'industrie à Johannesburg, Afrique du Sud, découvert un catalyseur aurifère qui fonctionnerait le mieux pour l'hydrochloration de l'acétylène. Ce processus est au cœur du plastique PVC, qui est utilisé dans pratiquement toute la production de plomberie. Jusque là, le catalyseur industriel de ce processus utilisait un matériau de chlorure mercurique nocif pour l'environnement.

De nombreuses applications

À mon avis, l'or a de nombreuses autres utilisations qui n'ont pas encore été découvertes. Il y a beaucoup plus à venir dans le monde de la recherche aurifère.

Il y aura, Dans les prochaines années, être de nouveaux développements dans la façon dont l'élément est utilisé, entre autres, Médicament, nanotechnologie et catalyse. Il trouvera également de nouvelles applications en chimie quantique relativiste (combinant mécanique relativiste et chimie quantique), science des surfaces (la physique et la chimie des surfaces et leur interaction), luminescence et photophysique - et plus encore.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.