Mais pour comprendre comment les fameuses lois d’Einstein
appliquées aux atomes d’or confèrent au métal cette luminosité si
spécifique, il faut d’abord revenir sur le mécanisme qui attribue une
couleur aux matériaux.
LES EFFETS RELATIVISTES :
Lorsqu’on lui
envoie de la lumière blanche, tout solide absorbe une partie des rayons
et en réfléchit une autre. "Tout se décide vraiment au niveau atomique,
dévoile Pekka Pyykkô, professeur de chimie à l’université d’Helsinki
(Finlande).
C’est l'énergie nécessaire pour
mener un électron de l'avant-dernière à la dernière orbitale des atomes
qui détermine la portion de lumière absorbée"... et donc la couleur
apparente du métal. Si la plupart des métaux sont plutôt gris-blancs et
n’ont pas de couleur définie, c’est parce que la portion de lumière
absorbée par le métal correspond en général aux ultraviolets, invisibles
pour l'œil humain.
Mais il n’en va pas de
même pour l'atome d’or. Avec son noyau aux 79 protons, l’or est l’un des
éléments stables les plus lourds qui soient - une qualité plus
essentielle encore que sa couleur. Du fait de cet énorme noyau, la force
exercée sur les électrons est très forte, surtout pour les plus proches
d'entre eux. Leur vitesse de rotation est donc grandement accélérée :
elle peut atteindre jusqu’à la moitié de celle de la lumière.
LES EFFETS RELATIVISTES :
Les
électrons deviennent ainsi soumis aux étranges effets relativistes
prédits par Einstein avec, en particulier, une masse qui s’accroît de 20
% environ. De quoi réorganiser toutes les orbitales électroniques. "Les
effets relativistes peuvent rapprocher du noyau certaines orbitales, et
en éloi gner d'autres, précise le chimiste. Pour le cas très
particulier de l'or, ce sont les deux couches externes qui vont se
rapprocher l'une de l’autre. "Ce déplacement réduit le fossé énergétique
nécessaire à la transition de leur électron, qui va alors atteindre une
énergie d’environ 3 électronvolts. Ce qui correspond à une partie de la
lumière visible : entre le violet, le bleu et le vert. Ces longueurs
d’onde sont donc absorbées par le métal, et seules les couleurs
restantes, un mélange de rouge, d’orange et de jaune, seront réfléchies,
pour obtenir alors cette fascinante teinte dorée.
(c)SCIENCE&VIE octobre 2013