des lingots d’or
Suite à mon article sur les usages particuliers de l’argent, voici un article que quelques faits intéressants à propos de l’or.

La couleur de l’or

Tout le monde connaît la couleur jaune de l’or… Mais savez-vous d’où provient cette couleur ?
L’or étant un métal élémentaire, il ne s’agit pas de pigments colorés. Il ne s’agit pas non plus de couleur structurelle comme celles d’une plume de paon, et que l’on pourrait retrouver avec le plutonium métallique. En réalité, la couleur de l’or, ainsi que celles du cuivre ou de l’osmium ont des origines bien plus fascinantes et complexes à la fois.

La couleur de l’or est un de ces effets qui tirent leur source de phénomènes quantiques et relativistes à la fois.

L’article détaillé est ici, mais pour faire rapide, disons que la lumière qui arrive sur un métal fait vibrer ses électrons. Ces derniers, en réaction, vont réémettre de la lumière. Dans un métal normal, l’excitation se situe dans l’ultraviolet et n’est pas visible : les rayons lumineux sont simplement renvoyés et le métal apparaît gris. Dans le cas de l’or, en raison de la structure du cortège électronique (particulièrement important et proche du noyau), les électrons vont plus vite, à tel point que des effets relativistes entrent en jeu. Une des conséquences de ces effets est que la masse des électrons augmente : ils vibrent alors plus lentement et l’excitation des électrons se fait à des niveaux d’énergie plus bas. D’avantage de lumière est réémise se fait dans le domaine du visible : du jaune pour l’or, de l’orange pour le cuivre ou du bleu pâle pour l’osmium.

Le centre de la Terre est plein d’or

Quand la Terre, avec les autres planètes de notre système solaire, s’est formée, elle était une boule de matière en fusion, donc liquide. La gravité a alors opéré, et les éléments les plus lourds (les métaux) ont coulé dans le centre et les éléments légers sont remontés à la surface (on appelle ça la différenciation planétaire). C’est pour ça que le noyau terrestre est essentiellement métallique (fer, nickel…) et que la croûte est plus légère (surmontée d’une atmosphère, encore plus légère).

Parmi tous les métaux, l’or fait partie des plus denses de tous : il s’est donc retrouvé tout au centre de la Terre, laissant la croûte terrestre et le manteau pratiquement exempt de ce métal.

La question qui vient alors : d’où vient l’or de nos bijoux ? La réponse : des astéroïdes, comme vous allez le voir.

Les astéroïdes sont plein d’or

Si cette affirmation est exagérée, comme je l’explique dans mon article sur les astéroïdes, l’or s’y trouvant reste plus accessible que celui qui se trouve au centre de la Terre.

Un astéroïde n’est pas assez gros et chaud pour que le manteau fonde et que l’or coule au centre. Le métal est donc resté au sein de la roche, y compris en surface.

Quand un astéroïde tombe sur Terre, tout cet or est dispersé et l’on peut le trouver, à côté d’autres métaux lourds et précieux : palladium, platine, tungstène…
L’or que l’on retrouve sur Terre, dans les mines et les filons, est donc essentiellement de l’or extraterrestre.

Par ailleurs, certains projets spatiaux prévoient d’aller sur les astéroïdes et rapporter sur Terre l’or et d’autres métaux rares sur Terre pour les utiliser ici. Il est en effet impensable de forger jusqu’au centre de notre planète, mais aller sur un astéroïde, ça, on sait le faire.

De la densité de l’or

J’ai dis que l’or primordial s’est retrouvé, par simple gravité, dans le noyau de la Terre. Ceci est la conséquence de la grande densité de l’or ! En effet, l’or a une densité de 19,8 : cela signifie qu’une brique de lait remplie d’or pèserait pratiquement 20 kg.
Inversement, si un kilogramme d’eau correspond à une bouteille d’eau « habituelle », un kilogramme d’or aurait la taille d’un petit œuf de poule seulement.

La sensation de tenir un objet aussi lourd dans un volume aussi petit est d’ailleurs assez remarquable, et qui ne peut être obtenu qu’avec une poignée de matériaux seulement, dont le plutonium, le tungstène, et quelques autres éléments rares et précieux (iridium, osmium…).

L’or dans les médicaments

Dans l’organisme, l’or a des propriétés anti-inflammatoires quand il est absorbé à petite dose sur des périodes longues. L’utilisation de l’or dans certains médicaments se nomme la chrysothérapie et cette propriété est utilisée depuis l’antiquité.

Image d’en-tête de Sprott Money

7 commentaires

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Omamie wrote:

J'adooooooore l'or !! Et sa couleur...!! ;-))

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Thomas Kundera wrote:

"disons que la lumière qui arrive sur un métal fait vibrer ses électrons. Ces derniers, en réaction, vont réémettre de la lumière. Dans un métal normal, cette lumière se situe dans l’ultraviolet et n’est pas visible (le métal apparaît alors gris)."

Non, c'est faux. Et assez gravement (la possibilité de créer des photons plus énergétiques de manière passive avec des photons moins énergétiques viole les principes de la thermodynamique).

Les premiers niveaux d'excitations sont dans l'UV, donc le métal ne peut absorber un photon d'énergie inférieure. Donc le photon est renvoyé et non absorbé.

Les niveaux plus resserrés de l'or permettent une absorption dans le visible.

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Massyl wrote:

Dans la dernière ligne de l'article, c'est 'est utilisée'
Sinon j'ai aimé l'article, très interessant.

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Les jumeaux JFP/Jean-François POULIQUEN wrote:

▬JFP¦¦20200406 ¦¦Bonjour. Sur la structure de l'atome de l'or vous dites ceci ¦¦ [Dans le cas de l’or, en raison de la structure du cortège électronique (particulièrement important et proche du noyau), les électrons vont plus vite, à tel point que des effets relativistes entrent en jeu.].
▬Sur votre phrase il y a en réalité beaucoup de questions et nous allons les énumérés par QXX ¦¦
▬Q01 ¦¦ Pourquoi les électrons proche du noyau, et donc du niveau le plus bas, iraient plus vite que ceux en périphérie Ɂ Vite sous-entend vitesse, et nous pensons que cette vitesse si elle existe ne change pas, mais plus en s'éloigne du noyau et moins ces électrons font de tours si toutefois ils en font.
▬Q02 ¦¦ Pourquoi dire que les électrons vont vite indépendamment de leur orbite, car nous ne savons pas si ces électrons révolutionnent autour du noyau Ɂ On parle toujours d'orbite ou d'orbitale, mais est-ce que l'on sait si les électrons tournent plus ou moins autour du noyau Ɂ Que savons nous sur les électrons autour du noyau Ɂ
▬Q03 ¦¦ Avez vous une idée de distance entre les différentes couches électroniques pour l'or. Quel est le nombre de couches pour l'or, et sont t-elles espacées de la ma même distance Ɂ Quand on parle de couches électroniques, et bien jamais on ne défini des distances, sait-on définir des distances entre les couches sui semble théoriques Ɂ
▬Q05 ¦¦ Vous parlez d'effets relativistes pour ces électrons, mais cela veut dire quoi, et pouvez vous donner d'avantage de renseignement sur cette notion SVP.
▬Q06 ¦¦ Est-ce que le plomb par exemple diffère beaucoup de la structure de l'or, et en l’occurrence sur les enveloppes externes des atomes. En gros est-ce que la taille de l'atome du plomb est plus grande que celle de l'or Ɂ
▬Q07 ¦¦ Est-ce que les atomes lourds sont plus concentrés en volume par leurs électrons ou cela est sans rapport Ɂ
▬Q08 ¦¦Quelle sont les extrêmes des volumes d'atomes dans ds matériaux stable et assez courants, colle quel est le volume le plus petit d'atome est quel est cet atome, de même que l'atome le plus volumineux en enveloppe Ɂ
▬Q09 ¦¦Y a t-il un lien entre le volume de l'atome et le nombre d'électron de l'atome Ɂ
▬Nous n'avons pas vu dans les titres de vos articles, un sujet correspondant à la notion d'atome, malgré avoir 2 titres comme [Les atomes exotiques] et [Comment fabrique-t-on les atomes super-lourds ?], mais ces articles ne donnent pas des proportions de diamètres ou rayons en fonction du matériaux choisi, et donc pas de dimension. Dans d'autres articles que les vôtres, on parle toujours de couches électroniques et de nombre d'électrons par couche mais jamais des notions de dimensions ou de distances entre les différentes couches, comme encore de distance maximum par rapport au centre du noyau. Y a t-il des sites où on parle de dimensions, de distances entre couches électroniques Ɂ Merci.
▬Pour nous la couleur de l'or n'est pas plus belle qu'une autre couleur, mais cette couleur représente une valeur chère, et à ce propos comment définit t-on des peintures ou autres ayant cette couleur d'or sans être de l'or Ɂ
▬Les jumeaux JFP/Jean-François POULIQUEN

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Le Hollandais Volant wrote:

@Les jumeaux JFP/Jean-François POULIQUEN :

Pourquoi les électrons proche du noyau, et donc du niveau le plus bas, iraient plus vite que ceux en périphérie Ɂ

Ces électrons sont plus proches du noyau, et donc nettement plus attirés par le noyau. Même si on prend en compte les phénomènes quantiques, cette attraction est toujours là, et il faut la compenser par une autre force, produite par la vitesse, qui doit donc être plus importante.

Que savons nous sur les électrons autour du noyau Ɂ

Les orbites ne sont pas forcément des cercles, ou des sphères. La quantique nous apprend qu’elles ont des formes plutôt étranges : https://fr.wikipedia.org/wiki/Orbitale_atomique#Orbitales_r%C3%A9elles
Ces orbites se calculent (elles ne sortent pas d’un chapeau). Après, les comportements quantiques font que l’électron se trouve quelque part dans ces orbitales, mais on ne sait pas exactement où.

Avez vous une idée de distance entre les différentes couches électroniques pour l'or. Quel est le nombre de couches pour l'or, et sont t-elles espacées de la ma même distance Ɂ Quand on parle de couches électroniques, et bien jamais on ne défini des distances, sait-on définir des distances entre les couches sui semble théoriques Ɂ

Je ne les connais pas de tête, et les orbitales ne sont pas forcément concentriques non plus. Parler d’une distance (en nanomètres) me semble alors pas pratique. On peut par contre parler de l’énergie qui les sépare, et là c’est plus facile : il suffit de regarder le spectre d’émission de l’or. On voit alors des lignes lumineuses. La position (la couleur) de chaque raie est donnée par l’énergie du photon qui la produit, elle même exactement égale à la différence d’énergie entre deux orbitales.

Je ne trouve pas celui de l’or, mais voici celles du mercure et du cadmium : https://media.kartable.fr/uploads/finalImages/final_551955eeb26c71.65878599.png . Chaque raie lumineuse correspond à une énergie émise par un électron qui passe d’une orbitale à une orbitale inférieure.

Vous parlez d'effets relativistes pour ces électrons, mais cela veut dire quoi

Ça veut dire que les électrons, même si elles sont décrites surtout par la physique quantique, sont soumises à la mécanique relativiste : leur référentiel temporel et spatial est distordue par rapport à celui de leur atomes. Ceci arrive pour tous les objets qui vont suffisamment vite, à une fraction importante de la vitesse de la lumière.

Est-ce que le plomb par exemple diffère beaucoup de la structure de l'or

Le rayon de van der Walls de l’or est 166 picomètres. Celui du plomb est 202 pm. La différence est donc d’environ 20%, ce qui est important.
L’atome de plomb prend donc un peu plus d’espace que l’atome d’or. Cela explique en partie pourquoi l’or est beaucoup plus dense que le plomb : dans un même cube de matière, il y a davantage d’atomes d’or par rapport au même cube rempli de plomb.

La structure des atomes est un sujet un peu compliqué, mais oui, les deux atomes (or et plomb) diffèrent un peu. Le plomb ayant 3 électrons en plus, ils sont rajoutés dans le cortège électronique et ils prennent également de la place. En dehors de ça, les électrons de l’or occupent préférentiellement des orbitales internes : ses électrons sont plus proches du noyau (pour rester simple dans les explications).

Est-ce que les atomes lourds sont plus concentrés en volume par leurs électrons ou cela est sans rapport Ɂ
Y a t-il un lien entre le volume de l'atome et le nombre d'électron de l'atome Ɂ

Globalement oui.
Plus un atome est lourd, plus il est dense.

Ça se voit très bien avec les métaux : le lithium, l’aluminium, le magnésium… sont tous relativement léger. Ils sont situé au début du tableau périodique (qui se lit ligne par ligne).
Le fer, le cuivre, le chrome… sont un peu intermédiaires (ils sont au centre du tableau).

L’or, le tungstène, le plutonium… ont des densités très importantes et sont tous des atomes très lourds, situés à la fin du tableau.

Après, la très grande majorité de la masse d’un atome (et de la matière elle-même) provient du noyau atomique : on parle de 99,95 % de la masse ! Les 0,05 % restant sont les électrons, qui sont nettement plus légers.

Si l’on observe le tableau périodique, plus en va vers le bas, plus les noyaux sont lourds et plus les cortèges électroniques sont grands. Si l’on va vers la gauche, plus les électrons sont attirés par le noyau (car les électrons restent sur les mêmes couches, qui rétrécissent de la gauche vers la droite dans le tableau).

Les éléments les plus petits sont donc situés en haut à droite, alors que les éléments les plus gros sont en bas à gauche (globalement).

Est-ce que les atomes lourds sont plus concentrés en volume par leurs électrons ou cela est sans rapport Ɂ

Ce n’est pas systématique
Cela va également dépendre de la structure des cristaux formés par ces atomes. Si les mailles cristallines sont petites, il y aura davantage d’atomes par centimètre-cube, et l’élément sera plus dense.

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Les jumeaux JFP/Jean-François POULIQUEN wrote:

▬JFP¦¦20200411 ¦¦Bonjour.
▬Nous vous remercions pour vos réponses très claires, mais nous n'arrivons toujours pas à nous faire une image animée de ces électrons orbitant autour du noyau atomique.
▬Sur le premier renvoi de page internet Wikipédia que vous donnez, sur les orbitales atomiques, nous ne comprenons pas si les imagettes présentées, le centre de l'atome est représenté, car sur ces imagettes il y a 2 couleurs rouge et bleu correspondant à la fonction d'onde positive et négative, mais le centre entre ces deux couleur représente t-il le noyau Ɂ
▬Cela est très technique et d'un haut niveau que nous ne comprenons pas, mais nous avons lu cette article, et nous n'avons pas trouvé l'explication sur ces formes de volume représentant les orbitale atomiques, et savoir si le centre de l'atome était inclus dans ces petites représentations.
▬Les jumeaux JFP/Jean-François POULIQUEN


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