« Or colloïdal » : différence entre les versions

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Différents coloris de l'or colloïdal : carmin, rose, rouge, pourpre et violet

L'or colloïdal est une suspension de nanoparticules d'or dans un milieu fluide qui peut être l'eau ou un gel. Selon la taille et la concentration des particules en suspension, sa couleur varie du rouge vif (pour des particules de moins de 100 nanomètres), au jaunâtre (pour les particules les plus grosses)^[1]^,^[2]^,^[3].

Connu depuis une époque reculée, l'or colloïdal fut à l'origine utilisé pour colorer le verre et la porcelaine. L'étude scientifique de ce mélange homogène ne débuta qu'avec les travaux de Michael Faraday dans les années 1850^[4]^,^[5].

En raison de leurs propriétés optiques, électroniques et de reconnaissance moléculaire uniques, les nanoparticules d'or font l'objet de recherches approfondies, avec de multiples domaines d'applications comme la microscopie électronique, l'électronique, les nanotechnologies^[6]^,^[7], la science des matériaux et la nanomédecine^[8].

Les propriétés et les applications des nanoparticules d'or colloïdal dépendent de leur forme. Par exemple les particules en bâtonnets ont un pic d'absorption lumineuse à la fois transverse et longitudinal, et cette anisotropie conditionne leur propre cohésion^[9].

Histoire

L'or collidal est connu et utilisé depuis l'antiquité romaine. Au XVII^e siècle, plusieurs chimistes s'intéressent à un procédé de fabrication par réaction de l'or avec l'étain, qui aboutit à un pigment de couleur pourpre. Ce dernier, mis en suspension aqueuse, permet d'obtenir une variété d'or colloïdal.

Article détaillé : Pourpre de Cassius.

Bien que cette préparation porte le nom d'Andreas Cassius (1605-1673)^[10], la préparation était déjà connue 25 ans auparavant et décrite par les chimistes allemands Johann Rudolf Glauber (1604-1670)^[11] et Johann Kunckel (1630-1703)^[12]. Cette « pourpre de Cassius » était d'ailleurs déjà utilisée dans une usine de Potsdam en 1679^[13].

La préparation consistait à plonger une lame d'étain dans une solution contenant de l'or. On décompose le chlorure d'or par le protochlorure et le dichlorure d'étain. Le dépôt pourpre qu'on obtenait était lavé à l'eau distillée et séché avec soin.

La « pourpre de Cassius » se dissout dans le verre fondu ou le cristal, qu'elle colore en rosé ou en rouge rubis foncé (« rubis de Kunkel ») : elle était aussi employée pour la porcelaine, notamment la réalisation des porcelaines dites de la « famille rose », sous la dynastie Qing. Cette technique aurait déjà été utilisée par les Romains pour préparer les verres rubis couleur de sang Hematinum, d'après la lecture de Pline^[14]. Chlorure d'or utilisé en céramique : Antoine Salomon Taunay était un orfèvre du début du XVIII^e siècle siècle qui créa la pourpre de Cassius pour la manufacture royale de Sèvres.

L'or colloïdal fut étudié par Richard Adolf Zsigmondy qui obtint le prix Nobel de chimie en 1925 pour ses travaux sur les colloïdes.

Synthèses

Les solutions d'or colloïdal sont principalement préparées par réduction de sels d'or, typiquement l'acide chloraurique (HAuCl₄). Après dissolution du sel d'or, la solution est agitée vigoureusement et l'agent réducteur est ajouté, réduisant les ions Au³⁺ en atomes d'or neutres. Au cours de la réaction de plus en plus d'atomes d'or sont produits, la solution devient sursaturée et les atomes d'or commencent à précipiter sous la forme de particules sub-nanométriques. Les atomes d'or en solution s’agrègent autour de ces particules, et si la solution est bien agitée on peut obtenir une taille de particule homogène. Afin d'éviter que les particules s'agrègent entre elles, des agents stabilisant peuvent être ajoutés.

Méthode de Turkevich

La méthode de synthèse d'or colloïdal la plus simple est décrite en 1951 par Turkevich^[15], puis revue dans les années 1970 par Frens^[16]^,^[17]. Elle produit généralement des nanoparticules d'or relativement monodisperses, avec un diamètre de l'ordre de 10 à 20 nm. La synthèse repose sur la réaction de petites quantités d'HAuCl₄ chaud avec de petites quantités de citrate de sodium en solution, celui-ci jouant à la fois le rôle d'agent réducteur et d'agent stabilisant. La formation des nanoparticules d'or passe par un état intermédiaire dans lequel des nanofils d'or sont créés, ce qui explique la couleur très foncée observée durant la réaction avant l'apparition d'une couleur rubis caractéristique^[18]. Des particules plus grosses peuvent être produites en diminuant la quantité de citrate de sodium, mais ces particules présentent une monodispersité et des formes moins homogènes.