Des chercheurs de l'European XFEL créent un nouveau composé d'or
L'or est considéré comme extrêmement inerte sur le plan chimique. Les chercheurs de l'European XFEL viennent de démontrer que, dans des conditions extrêmes, ce métal, sans doute le plus précieux de tous, devient chimiquement actif. En utilisant le plus grand laser à rayons X du monde, ils ont créé un tout nouveau composé d'or et d'hydrogène : l'hydrure d'or solide.
Impression d'artiste : À l'aide d'impulsions de rayons X, une équipe internationale de chercheurs européens a étudié comment l'or réagit avec l'hydrogène et forme ce que l'on appelle un hydrure d'or.
Copyright: Greg Stewart/SLAC
Une équipe internationale de chercheurs a produit le premier composé chimique solide d'or et d'hydrogène : Sous une pression et à des températures extrêmement élevées, un hydrure d'or a été formé lors d'expériences menées au laser européen XFEL à Schenefeld, près de Hambourg, en Allemagne. Cette découverte contredit l'hypothèse précédente selon laquelle l'or ne réagit pratiquement pas avec l'hydrogène et ouvre de nouvelles perspectives pour la chimie dans des conditions extrêmes.
L'or est considéré comme l'un des métaux les plus inertes. Mais à des pressions telles que celles que l'on trouve à l'intérieur de la Terre, le métal précieux présente de nouvelles qualités. Les chercheurs de l'instrument à haute densité énergétique (HED) de l'European XFEL ont comprimé l'or à plus de 40 gigapascals (GPa) à l'aide d'une cellule à enclume de diamant et l'ont chauffé à environ 2 500 degrés Celsius à l'aide d'éclairs ultracourts émis par le laser à rayons X de l'European XFEL. Dans ces conditions, l'or a réagi avec l'hydrogène libéré par les hydrocarbures incorporés, formant un nouveau composé or-hydrogène.
"Nous avons pu démontrer qu'au-dessus de 40 GPa, le réseau d'atomes d'or forme un arrangement hexagonal en couches serrées avec des atomes d'hydrogène désordonnés dans les interstices", explique Mungo Frost du SLAC National Accelerator Laboratory. Le composé, appelé hydrure d'or, a la formule chimique Au₂Hx, où la teneur en hydrogène x augmente avec la pression et varie de zéro à presque un.
Ce qui est particulièrement remarquable, c'est que l'hydrogène dans le composé nouvellement découvert se déplace très facilement à travers le réseau rigide des atomes d'or. Les scientifiques appellent cet état un état superionique. Cette propriété a déjà été observée principalement dans des matériaux riches en hydrogène, mais elle est totalement nouvelle sous cette forme pour les composés contenant de l'or.
En refroidissant, l'hydrure d'or se décompose à nouveau en or normal, cubique à faces centrées. Les chercheurs pensent donc que l'hydrure d'or n'est stable que dans des conditions de haute température. Comme les échantillons étaient auparavant refroidis à température ambiante avant d'être analysés, les expériences antérieures n'ont apparemment pas tenu compte de ce composé.
"Nos résultats montrent que même des éléments aussi peu réactifs que l'or peuvent présenter des propriétés chimiques entièrement nouvelles dans des conditions de pression et de température extrêmes", déclare Ulf Zastrau, responsable de l'instrument HED au European XFEL, où l'expérience a été réalisée. L'équipe y voit une indication de l'existence possible de nombreux autres composés inattendus qui n'ont pas été découverts jusqu'à présent, faute de méthodes appropriées.
Cette découverte n'est pas seulement une nouveauté dans la chimie de l'or, elle a aussi des implications considérables pour les expériences à haute pression, dans lesquelles l'or était jusqu'à présent utilisé comme un matériau totalement inerte. Les recherches futures permettront de déterminer si des effets similaires se produisent également avec d'autres métaux précieux.
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