L'or est un métal qui a suscité l'intérêt des civilisations depuis des siècles, recherché, outre sa belle couleur jaune, pour ses propriétés. De nombreux métaux peuvent être trouvés dans le tableau périodique, mais la préférence de la plupart des gens restera l'or en raison de sa grande ductilité et de sa malléabilité. Ces propriétés en font l'un des matériaux les plus utilisés dans de nombreuses industries, notamment l'électronique et la fabrication de bijoux. Cet article passe en revue les aspects qui font de l'or le métal le plus ductile et le plus malléable en résumant les principes scientifiques contribuant à ces propriétés du métal. Connaître la manière dont ces principes régissent la transformation du métal en fines feuilles ou en fils aidera sans aucun doute les lecteurs à apprécier la nature multiforme de l'or et la valeur de son pays.
Qu’est-ce qui fait de l’or un métal malléable et ductile ?
C'est essentiellement la géométrie atomique et la liaison métallique qui confèrent à l'or ses propriétés de ductilité de fil et de ductilité de tête. L'or forme des structures cubiques à faces centrées (FCC), qui permettent aux plans atomiques de glisser les uns sur les autres avec très peu de frottement. De plus, l'or possède également des liaisons métalliques très résistantes et souples, ce qui permet d'apprécier un déplacement facile. En raison de cette composition structurelle, l'or peut être battu en fines feuilles ou étiré en brins fins sans se casser.
Comprendre la ductilité et la malléabilité de l'or
La ductilité de l'or est sa capacité à être façonné en fils, tandis que la malléabilité est sa tendance à prendre la forme de plaques minces lorsqu'il est battu. Ces tendances peuvent être attribuées à la manière dont les atomes d'or sont disposés dans le type de réseau cubique à faces centrées (FCC), ce qui permet aux plans atomiques de glisser les uns sur les autres relativement facilement. Des liaisons métalliques très solides mais également souples permettent le mouvement des atomes sans qu'ils ne se cassent, ce qui permet à la fois d'étirer et d'aplatir le métal. Par conséquent, en plus de ses propriétés physiques, la structure atomique et la liaison de l'or expliquent sans aucun doute sa nature ductile et malléable exceptionnelle.
Le rôle de la structure atomique dans la malléabilité de l'or
La souplesse de la structure atomique de l'or est importante en raison de sa malléabilité. Les atomes d'or sont disposés dans une structure cubique à faces centrées (FCC) qui est un arrangement très bien ordonné et permet un glissement facile d'un atome sur un autre. Cette configuration aide à comprendre comment l'or est modifié en forme sans se fracturer. Les données expérimentales directes démontrent que le réseau d'or FCC a une constante de réseau de 0.40788 nanomètre, ce qui le relie à ses propriétés moléculaires.
Il existe également plus d'informations sur le rayon métallique de l'or qui est d'environ 0.144 nanomètre, ce qui renforce l'idée d'un empilement très dense et dans ce nombre de coordination qui est de 12, ce qui signifie qu'autour de chaque atome il y a 12 voisins les plus proches. Il s'agit d'un nombre de coordination élevé car il améliore l'auto-résistance du métal à la déformation par glissement car les différentes liaisons soutiendraient chaque atome lorsque le glissement de volume se produit.
Les études en question décrivent l'or comme étant si malléable qu'il peut être battu en feuilles de 0.00013 mm (0.13 micron) d'épaisseur et étiré en fils dont le diamètre est de 0.01 mm (10 microns). Ce sont les effets directs ou les résultats de l'empilement atomique efficace et des liaisons métalliques, qui sont capables de supporter un niveau élevé de contrainte sans se rompre. En conclusion, le noyau atomique et la structure en treillis cubique à faces centrées expliquent la malléabilité appréciable de l'or.
Comment mesure-t-on la ductilité de l’or ?
Il existe quelques tests mécaniques standards qui peuvent donner une idée du degré de ductilité de l'or. La ductilité de l'or est évaluée comme une jauge en termes de degré à travers plusieurs tests mécaniques standards. L'un des premiers types est la méthode d'étirement, également connue sous le nom d'essai de traction. Dans cette méthode, un échantillon d'or est soumis à une force uniaxiale et se sent allongé jusqu'à ce qu'il se rompe. Il fournit des informations précieuses telles que la limite d'élasticité, la résistance ultime à la traction et l'allongement à la rupture, qui est un retrait concernant directement la ductilité.
Cependant, la dureté fournit également un autre concept qui caractérise un matériau. Par conséquent, la dureté est une mesure qui est réservée à juste titre à un autre test qui est principalement effectué par les méthodes Vickers ou Knoop. Dans ce cas, un pénétrateur est utilisé pour imposer une certaine charge sur la surface de l'or et l'empreinte créée est généralement prise. Plus l'empreinte laissée sur le matériau est petite, plus il est susceptible d'être dur et moins il est censé être ductile.
Outre ces méthodes, il est également possible de réaliser un essai de pliage, dans lequel un échantillon d'or est plié à un angle qui ne provoque pas de fracture. Cela corrobore davantage les résultats de l'essai de traction et fournit une évaluation réelle de la ductilité là où elle est la plus nécessaire lors du pliage.
Toutes ces gammes de tests mécaniques fournissent des variations précises de la ductilité de l'or qui sont essentielles dans une variété de domaines allant de l'électronique à la bijouterie.
Comment l’or peut-il être transformé en fils fins ?
Le processus d'étirage de l'or dans un fil
Le tréfilage de l'or est un procédé utilisé pour tréfiler des fils d'or. On commence par la coulée d'un lingot d'or, puis on le lamine pour obtenir une tige de forme grossière. Cette tige est ensuite tréfilée dans une série de diamètres décroissants par une succession de matrices pour une réduction du diamètre. L'utilisation de lubrifiant permet de réduire le niveau de conflit et d'empêcher l'or de fondre. Au cours de cette procédure, une attention particulière est portée afin d'obtenir un degré ou une épaisseur qui permettra d'utiliser la capacité naturelle de l'or à se plier sans se casser. Le procédé est utile pour la fabrication de fils fins qui sont utilisés dans les industries de l'électronique, de la médecine et de la décoration.
Propriétés de l'or qui permettent de l'étirer en fil
Il convient de noter que la ductilité et la malléabilité de l'or lui permettent d'être façonné en fils très fins. En termes simples, la ductilité se rapporte à la mesure dans laquelle un solide donné peut être déformé plastiquement sans se briser, transformant l'or en longs morceaux fins. Cette capacité est encore renforcée par sa structure atomique, qui repose sur des liaisons métalliques qui permettent aux atomes de glisser les uns sur les autres assez facilement. De plus, la capacité des fils à rester intacts même après une utilisation prolongée est due au fait que l'or ne se corrode pas et ne s'oxyde pas, ce qui rend ces fils adaptés à une utilisation dans des domaines spécifiques.
Applications des fils d'or fins
En raison de leurs caractéristiques uniques, les fils d'or ultra-fins sont de plus en plus utilisés dans les applications médicales et de haute technologie. Dans l'industrie électronique, les fils d'or sont couramment utilisés dans d'autres applications pour les processus de liaison dans les circuits intégrés, les dispositifs semi-conducteurs et les assemblages microélectroniques. Leur bonne conductivité électrique favorise le fonctionnement fiable de ces composants tout en minimisant le gaspillage d'énergie, ce qui est essentiel dans les équipements électroniques de précision.
En médecine, les fils d'or sont utilisés dans différents dispositifs médicaux, tels que les stimulateurs cardiaques et les stents. Les implants en or dans le corps sont théoriquement sûrs car les matériaux utilisés dans ces dispositifs ne déclencheraient pas de réactions corporelles car l'or est biocompatible, tandis que les matériaux inoxydables dans les organes du corps garantissent une utilisation efficace pendant une longue période.
Les fils d'or sont également importants pour la mode, notamment pour la conception de bijoux décoratifs complexes. La souplesse des fils permet l'incorporation de formes folles, ce qui donne aux beaux motifs délicats la résistance souhaitée.
En comparaison, les statistiques révèlent qu'environ 50 milliards de puces dotées de la technologie de liaison par fil d'or ont été lancées sur le marché. D'autre part, elles sont incorporées dans l'électronique dans le monde entier et leurs statistiques de marché pour l'année 2020. Par exemple, dans le domaine médical, le marché des dispositifs contenant de l'or devrait augmenter avec un ratio composé de 4.5 % entre 2021 et 2028. Ces indicateurs montrent une tendance continue plutôt qu'un renversement de tendance vers une utilisation accrue et diversifiée des fils d'or fins dans les industries de nouvelle génération, à haute valeur ajoutée et critiques.
Quelles sont les propriétés uniques de l’or ?
Propriétés physiques de l'or
L'or est un métal connu pour ses caractéristiques physiques uniques. Avec une densité de 19.32 g/cm³, il est très lourd et possède une point de fusion de 1,064 XNUMX degrés Celsius. C'est de l'or qui a des propriétés telles que la ductilité et la malléabilité et qui peut être étiré en fil ou battu en feuille. Il est non linéaire, donc l'or « entre » et constitue également une bonne valeur d'entrée en électronique. Il a également une bonne résistance à la corrosion et conserve son aspect même dans la plupart des conditions météorologiques qui se dégradent.
Conductivité et résistance à la corrosion de l'or
Parmi tous les métaux, l'or présente une forte conductivité électrique et se classe juste après l'argent à cet égard. La conductance électrique de ce métal peut être fonction de sa résistivité électrique, qui, selon cette source, dépend également de la température et est égale à environ 2.44 x 10-8 à 20 °C. Une résistivité aussi faible de ce métal explique pourquoi il est largement utilisé dans les connecteurs électroniques où des connexions rapides et fiables et des transmissions de signaux électriques sont les plus nécessaires.
Du point de vue de la corrosion, l'or est préféré en raison de ses propriétés anti-ternissement et anti-oxydation. À toutes les températures, il se comporte différemment de la plupart des autres métaux dans la mesure où il ne s'oxyde pas en prenant une forme métallique et seuls quelques réactifs tels que l'eau régale peuvent l'affecter. La durée de vie des composants en or dans les implants électroniques et médicaux est grandement garantie grâce au contrôle efficace de l'aspect dégénératif de l'oxydation.
L'aérospatiale est un bon exemple de la supériorité de l'or contre la corrosion. Les composants plaqués or conservent leurs fonctions dans l'espace malgré les conditions de rayonnement et de température extrêmes qui y règnent. Cette qualité améliore également les coûts de maintenance et réduit les coûts de remplacement, ce qui rend l'or rentable même dans les zones à forte demande.
De plus, la conductivité élevée de l’or et sa résistance à la corrosion en font un matériau essentiel dans de nombreux secteurs, de l’électronique de pointe aux dispositifs médicaux et implants importants.
Comparaison des propriétés de l'or avec celles des autres métaux
Parmi tous les types de métaux, l’or est le mieux placé en termes de conductivité électrique, juste derrière l’argent et le cuivre. Bien que cela soit dû au fait que l’argent est le meilleur conducteur, son point faible est qu’il se ternit avec le temps, ce qui limite son utilisation dans les endroits où il subirait une oxydation. Le cuivre arrive en troisième position dans la liste des meilleurs matériaux conducteurs d’électricité, qui est beaucoup moins cher que l’or, mais comme l’argent, il présente également son lot de problèmes d’érosion.
L'or, en revanche, possède des propriétés qui le rendent moins sensible à la corrosion et au ternissement et surpasse même l'argent dans les cas où les performances doivent durer dans des conditions difficiles. Contrairement à l'argent, qui a tendance à se recouvrir d'une couche de sulfure, ou au cuivre, qui s'oxyde et développe une couche d'oxyde au fil du temps, la dorure n'est pas exposée aux conditions atmosphériques. C'est pourquoi les contacts, connecteurs et composants en or offrent une fiabilité maximale même dans des conditions extrêmes.
De plus, l'or peut s'étirer et être étiré en fils très fins et fins sans se casser. Cette propriété est très utile dans le cas des dispositifs microélectroniques et nanoélectroniques, qui nécessitent soin et fiabilité. De plus, en ce qui concerne la propriété de conductivité thermique, l'or ne déçoit pas, bien qu'il ait été surclassé par l'argent et le cuivre. Néanmoins, en raison de sa résistance à la chaleur, il est très bénéfique dans la gestion thermique.
Néanmoins, même si l’argent et le cuivre peuvent surpasser l’or dans certaines propriétés telles que la conductivité électrique et thermique, aucun autre métal ne peut surpasser l’or lorsqu’il s’agit de combiner une excellente résistance à la corrosion et à l’oxydation avec une conductivité respectable et une polyvalence de conception.
Comment la malléabilité affecte-t-elle l’utilisation de l’or en bijouterie ?
Pourquoi l'or est-il privilégié pour la fabrication de bijoux ?
L'industrie de la bijouterie fait un usage intensif de l'or car la grande malléabilité du métal lui permet d'être transformé en structures complexes sans se fissurer. Il n'est pas étonnant qu'il soit beau et durable car il ne présente aucun risque de ternissement ou de corrosion. L'or étant brillant et non irritant pour la peau, il est facile à intégrer dans des modèles jolis et portables.
Le rôle de la malléabilité de l'or dans la création de modèles complexes
La ductilité de l'or est essentielle pour les bijoutiers dans la mesure où ils sont capables de créer des motifs complexes et raffinés. De plus, ce type particulier de métal peut être martelé pour former une fine feuille appelée feuille d'or 24 carats d'environ 0.1 micron d'épaisseur. Grâce à cette capacité, les détails et les motifs sont plus fins sans craindre de se fissurer ou de perdre le support structurel à portée de main. En effet, un gramme d'or peut être martelé pour obtenir une feuille de 1 x 1 M.
De plus, il peut être utilisé pour fabriquer des fils très fins situés dans certaines parties de l'ouvrage, comme il est parfois utilisé dans les travaux en filigrane, où des fils d'or aussi fins que 0.005 millimètres sont entrelacés dans les motifs les plus complexes. Un point évident est le fait que le même déplacement est également conservé dans ces conceptions compliquées car elles ne sont pas seulement esthétiques mais ont une efficacité structurelle de base grâce à la ductilité de l'or. De plus, l'or plus fin est souvent utilisé allié à d'autres métaux pour obtenir des alliages d’or plus durs, mais suffisamment malléables pour un travail détaillé.
Selon les statistiques du World Gold Council, environ 50 % de la consommation totale d'or au cours de la dernière décennie sur une base annuelle est due à l'industrie de la bijouterie, ce qui fait de l'or une industrie importante. La ductilité de l'or améliore non seulement l'utilisation innovante de l'or, mais aussi la qualité et la durabilité des bijoux fabriqués.
Les alliages d'or dans la fabrication de bijoux
Les alliages d'or jouent un rôle essentiel dans la fabrication de bijoux car ils améliorent la résistance, la couleur et le fonctionnement de l'or. Cependant, l'or pur est très souple mais trop mou pour être porté tous les jours, ce qui le rend sujet aux rayures et aux déformations. La combinaison de l'or avec d'autres métaux comme le cuivre, l'argent, le nickel et le zinc offre aux bijoutiers la possibilité de concevoir des pièces plus résistantes adaptées à un usage quotidien.
Les alliages d'or sont également communément appelés or 18 carats, 14 carats et 10 carats, ce qui détermine la teneur en or de l'alliage de zinc ainsi que d'autres métaux. Par exemple, l'or 18 carats contient 75 % d'or et 25 % d'autres métaux dont les propriétés mettent en équilibre la qualité de l'or et l'assurance de sa durabilité. Il existe différents types de ces alliages, notamment l'or blanc, qui est fabriqué en alliant l'or à des torrents spécifiques et est fini avec du rhodium - de toute façon pour améliorer la couleur. Un autre alliage populaire est l'or rose, qui doit sa couleur rose clair au cuivre qui est utilisé en proportions élevées dans les autres métaux.
Choisir de l'or 18 carats, par exemple, ne fait certainement aucune différence dans la profondeur du bijou, mais l'un des points forts d'une telle possibilité est l'utilisation d'or à faible teneur en carbone. alliages contenant du nickel qui ont des tendances hypoallergéniques. Certains porteurs peuvent ressentir une irritation cutanée due à la présence de nickel. D'autres types d'alliages sans nickel sont donc plus utiles aux patients ayant une peau sensible.
Tout bien considéré, de nos jours, les alliages d’or sont des matériaux essentiels pour l’art de la conception et de la fabrication de bijoux en offrant une variété d’options de conception avec durabilité et portabilité.
Quelles sont les applications concrètes de la ductilité de l’or ?
L'or dans l'électronique : conductivité et ductilité
La grande souplesse de l'or lui permet d'être étiré en fils très fins, ce qui le rend idéal pour être utilisé comme connecteur dans divers appareils électroniques haut de gamme. Grâce à sa parfaite conductivité, le cuivre ne peut pas échapper à la circulation des signaux entre les connecteurs, les commutateurs et les contacts de relais. En outre, en raison de l'inertie chimique de l'or, les appareils électroniques durent plus longtemps et sont plus fiables. Par conséquent, l'or est intéressant en termes de qualités pour l'électronique, car il permet de créer des circuits et des composants fiables et efficaces.
Utilisation de l'or dans les applications industrielles
Les caractéristiques uniques de l'or ne sont pas seulement sa conductivité électrique élevée et sa résistance à la corrosion, mais aussi son applicabilité étendue dans de nombreux secteurs. Par exemple, dans le domaine de l'ingénierie aérospatiale, au lieu de simplement réfléchir la lumière du soleil, le contrôle du rayonnement infrarouge est obtenu grâce à l'utilisation de miroirs recouverts d'or sur les satellites et les engins spatiaux. C'est exactement de cette manière que le métal de l'or est utilisé en médecine, où par exemple les nanoparticules d'or sont appliquées dans les tests de diagnostic et comme systèmes d'administration de médicaments. De plus, en raison de la bonne tolérance de ce matériau par le corps humain, il peut être utilisé pour les obturations dentaires et les implants. Tous ces détails expliquent la raison des nombreuses capacités de ce métal et pourquoi il existe une recherche active pour trouver de nouvelles technologies de pointe dans l'ingénierie et l'industrie.
Autres utilisations de l’or ductile
Outre ses utilisations dans les domaines électronique et industriel, l'or ductile trouve son application dans la fabrication de bijoux en raison de sa souplesse, qui lui permet d'être façonné en formes complexes. L'or ductile est doux et ne se corrode pas. Il est donc utilisé pour la fabrication de bijoux magnifiques et durables. Outre la fragmentation, les secteurs artistique et culturel utilisent l'or pour ajouter des objets décoratifs afin d'en rehausser la beauté, où il est utilisé pour l'articulation de décorations fines. De plus, la qualité inerte de l'or lui permet d'être utilisé dans des structures de construction avancées et des objets sacrés. Toutes ces utilisations montrent à quel point l'or est adaptable, répondant à de nombreux besoins - pratiques et visuels - dans différents domaines.
Sources de référence
Foire Aux Questions (FAQ)
Q : Qu’est-ce qui fait de l’or le métal le plus malléable disponible ?
R : Ce qui fait de l'or le métal le plus malléable est probablement dû à sa structure atomique et à sa configuration électronique uniques. C'est la raison pour laquelle l'or peut être battu en une feuille de 0.000013 cm d'épaisseur couvrant une surface de 1 mètre carré à partir d'un seul gramme d'or. Cette malléabilité est due à la relative facilité avec laquelle les plans atomiques de l'or glissent les uns sur les autres sans rompre les liaisons métalliques.
Q : Dans quelle mesure l’or est-il ductile par rapport aux autres métaux ?
R : L'or est le métal le plus ductile, plus que la plupart des métaux. Par exemple, une centaine de grammes d'or peuvent être extraits en un fil d'environ 2000 mètres de long sans se casser. Cette ductilité remarquable est due à sa structure atomique, dans la mesure où il ne se casse pas facilement en longs fils contrairement à d'autres métaux comme le cuivre et l'argent.
Q : Dans le cas de l’or 24 carats, quelle quantité d’or est pure ?
R : Théoriquement, il a été établi que l'or 24 carats est le métal le plus pur, avec une pureté de 99.9 %. On le trouve couramment dans les lingots d'or et dans certains bijoux en or coûteux. Cependant, l'or 24 carats, étant un métal mou, n'est pas facilement disponible pour le fonctionnement normal de l'industrie aurifère et est donc souvent allié à d'autres métaux.
Q : Quelle est la différence entre les pièces d’or et les lingots d’or en ce qui concerne la malléabilité ?
R : Les pièces d'or et les lingots d'or sont également fabriqués en or, un métal très malléable. D'autres facteurs, comme la pureté, peuvent entraîner une différence dans leur malléabilité. La plupart des pièces d'or ne sont pas non plus si malléables car elles sont fabriquées avec des alliages contenant plus de métaux que les lingots d'or pur (24 carats), qui sont moins malléables. Ces alliages réduisent la malléabilité, mais pas autant que l'or trempé.
Q : Quelles sont les raisons spécifiques pour lesquelles l’or est allié à d’autres métaux ?
R : L'or est généralement mélangé à d'autres éléments tels que le cuivre et le zinc afin de le rendre plus durable et plus solide. L'or pur (24 carats) est trop mou pour de nombreuses applications pratiques, notamment en joaillerie. La combinaison de ces métaux crée des alliages de différents carats d'or, par exemple 18 carats, qui non seulement confèrent durabilité et résistance à la corrosion, mais contribuent également à améliorer la résistance à l'usure des bijoux.
Q : Comment la haute densité de l’or améliore-t-elle ses qualités physiques frappantes ?
R : L'or, en revanche, est assez choqué car il froisse l'un des métaux les plus denses, l'or, avec une densité de 19.3 grammes par cm3 cubique. Ce type de densité élevée contribue également aux mesures et à la ductilité de ce métal. La confrontation des cristaux d'or est si compacte que lorsque les cristaux sont sous tension, ils peuvent facilement glisser les uns sur les autres, ce qui permet au métal d'être moulé sans aucune fracture.
Q : L’or permet-il à l’électricité de passer facilement ?
R : Oui, l'or permet également le passage de l'électricité, mais d'autres métaux tels que le cuivre et l'argent sont de très bons conducteurs d'électricité par rapport à l'or. En raison de cette propriété et du fait qu'il n'accumule pas de traces, son utilisation est observée dans diverses pièces électroniques en tant qu'or conducteur. En raison de la ductilité de l'or, il peut également être transformé en fils ou en films minces à de nombreuses fins électroniques sans se casser.
Q : De quelles manières l’or est-il moins malléable que d’autres métaux récents, notamment l’argent ?
R : L'or et l'argent sont tous deux des métaux relativement ductiles, l'or étant le plus ductile de tous les métaux. Il peut être martelé en feuilles plus fines que l'argent ou d'autres métaux souvent malléables. Les propriétés des métaux expliquent la malléabilité de l'or qui se plie en fines feuilles, il est donc raisonnable d'utiliser le numéro atomique pour expliquer ces facteurs.
Q : Quelles sont les propriétés affectées par le numéro atomique de l’or ?
R : L'or est un élément dont le numéro atomique est 79 et qui peut être utilisé dans presque tous les réacteurs à fusion. Cette configuration est responsable de la structure de l'or, comme sa faible malléabilité, sa faible ductilité et sa grande résistance à la corrosion. La localisation des électrons dans les atomes d'or favorise la malléabilité du métal puisque les liaisons atomiques sont faciles à déformer sans se rompre.
Q : Quelle est l’implication de la malléabilité du métal sur la conception des bijoux ?
R : L’un des plus grands avantages de l’or est qu’il est très souple et facile à façonner à des fins ornementales. Il peut être déroulé très facilement et pressé pour travailler sur différentes structures. L’or pur (24 carats) est cependant souple pour un usage quotidien, d’où la nécessité de le combiner avec d’autres métaux, tels que le nickel ou le cuivre, pour produire des ornements à la fois beaux et pratiques.
