Composé d'or et de mercure. L'or du mercure Que s'est-il passé au début

L'or et le mercure forment un amalgame. La formation de ce composé est basée sur propriétés physiques les métaux L'amalgamation était largement utilisée dans le processus technologique permettant d'extraire des composants précieux des roches et d'enrichir le matériau en vrac.

A la recherche de la pierre philosophale

Pour de nombreux peuples du monde, l’or est un symbole de haute dignité et de valeur. Assez souvent dans la vie de tous les jours, lorsqu'on caractérise un maître, on dit qu'il a des mains en or. La définition de l’or noir par rapport au pétrole est depuis longtemps devenue monnaie courante. En tant que symbole, ce mot fait désormais partie des proverbes et des dictons, et les réalisations scientifiques et technologiques sont généralement célébrées par des récompenses fabriquées à partir de matériaux solaires.

Depuis son émergence comme métal jaune comme moyen d’échange de marchandises, l’or est devenu un symbole de richesse et de pouvoir. La recherche inlassable du métal noble a conduit à de nouvelles découvertes géographiques.

Les réalisations de l'alchimie, appelée la fille insensée de la chimie, ont permis d'expérimenter des éléments et des composés chimiques à la recherche de la pierre philosophale, qui transforme n'importe quel métal en or.

La théorie mercure-soufre sur l'origine des métaux développée par les alchimistes constituait la base de leurs connaissances. Le soufre et l’argent vivant étaient considérés par eux comme le père et la mère des métaux. Dans leur travail, les alchimistes utilisaient divers métaux et substances, chacun ayant un symbole ou un signe correspondant.

Il existe de nombreuses recettes pour obtenir la pierre philosophale, mais approche scientifique permet d'expliquer les processus en temps réel, en sachant et en sachant que le mercure ne peut pas être converti en or. Mais il est possible de créer un amalgame de matière solaire avec de l’argent vivant.

Propriétés du métal solaire et du mercure

L'argent vivant est un métal liquide de couleur argent avec sa caractéristique haut degré mouiller d'autres métaux. Le mercure a tendance à s’agglutiner en boules, attirant d’autres particules.

Cette propriété peut être observée au quotidien si un thermomètre à mercure est endommagé. De petites boules du composant liquide se précipitent les unes vers les autres et roulent pour former une grosse boule en mouvement.

Mercure est lourd élément chimique, sa densité n'est que de 6 unités inférieure à celle de l'or. Des mineurs d'or expérimentés plaçaient de l'argent liquide dans des écluses conçues pour laver les gisements d'or afin de piéger les plus petites particules et la poudre du métal précieux.

La méthode de production d’amalgame nécessite un or d’une grande pureté. Il ne doit pas être recouvert de fer, d'huile ou d'autres substances empêchant le mouillage.

Pour extraire tout le composant noble du concentré, il faut le placer dans une solution diluée d'acide nitrique à 10 %. Dans ce cas, vous devez sélectionner un récipient approprié pour le nettoyage afin d'éviter l'interaction de l'environnement acide avec le matériau du récipient utilisé.

chauffer le composé jusqu'à ce que le mercure s'évapore complètement ;
dissoudre l'argent vivant dans l'acide nitrique.

La température à laquelle le mercure se transforme en vapeur est de 357°C. Cela peut être réalisé au sommet de la flamme nue des brûleurs à gaz. Le chauffage doit être effectué dans un endroit aéré conformément aux règles de sécurité, et n'oubliez pas qu'il est dangereux d'inhaler les vapeurs d'un élément chimique liquide.

Amalgame métallique solaire

L'or broyé disparaît presque instantanément dans le mercure, étant absorbé par le métal liquide. Les amalgames, qui contiennent jusqu'à 12 % de métaux précieux, ressemblent à de l'argent pur et vivant.

Par conséquent, à l’époque florissante de l’alchimie, la méthode la plus populaire pour obtenir de l’or à partir du mercure consistait à dissoudre une petite quantité du métal précieux, puis à l’extraire.

La méthode d'extraction de l'or utilisée en métallurgie des métaux précieux comprend la séquence technologique suivante :

les veines de quartz contenant le précieux composant sont broyées jusqu'à un état fin ;
la poudre est lavée sur des feuilles de cuivre recouvertes d'une couche d'amalgame ;
l'or poussiéreux se dissout dans la couche de revêtement ;
le composé formé est retiré des feuilles et soumis à une distillation ;
Le minerai obtenu après 1 étape de fractionnement est traité avec une solution de cyanure afin d'en extraire le précieux composant.

Dans la production de montres et de bijoux, pour protéger les produits de l'exposition aux conditions atmosphériques, une dorure est réalisée, qui est appliquée par des méthodes électrolytiques et par contact.

La méthode de dorure au feu, basée sur l’utilisation d’amalgames d’or, est actuellement extrêmement rarement utilisée. Cette méthode est basée sur la capacité du métal solaire à se dissoudre dans l’argent vivant pour former un amalgame.

Après avoir appliqué la solution sur la surface, le produit est chauffé. À la suite du traitement thermique, le mercure s'évapore et l'or reste sous forme de sédiment, étroitement adjacent au produit.

Le mercure peut facilement dissoudre l’or, c’est pourquoi les bijoux en métal solaire ne doivent pas entrer en contact avec de l’argent vivant. Même la présence de vapeurs de mercure dans l'air contribue à la dissolution du métal précieux, qui change de couleur et devient blanc.

L'amalgame d'or est très concentré et si la limite de dissolution du métal précieux n'est pas respectée, il peut se désintégrer en petits morceaux. Ils peuvent facilement être assemblés en utilisant une quantité minimale de mercure pur, vers laquelle tendront les petites parties de l'amalgame.

Le fer ne forme pas de composé avec le mercure, ce qui permet l'utilisation de récipients en acier pour le transport des matières premières.

Bien entendu, la méthode d’amalgame des métaux précieux est très toxique et nécessite des précautions. En Russie, l'utilisation du mercure dans les processus technologiques associés à l'enrichissement du minerai et à l'extraction de l'or des roches est interdite par arrêté pertinent.

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De l'or produit dans un réacteur nucléaire

En 1935, le physicien américain Arthur Dempster réussit à réaliser détermination spectrographique de masse des isotopes contenu dans l'uranium naturel. Au cours des expériences, Dempster a également étudié la composition isotopique de l'or et n'a découvert qu'un seul isotope, l'or 197. Il n’y avait aucune indication de l’existence d’or-199. Certains scientifiques ont supposé qu'il devait y avoir un isotope lourd de l'or, car à cette époque on attribuait à l'or une valeur relative. masse atomique 197.2. Or, l’or est un élément monoisotopique. Par conséquent, ceux qui souhaitent obtenir artificiellement ce métal noble tant convoité doivent concentrer tous leurs efforts sur la synthèse du seul isotope stable - l'or-197.

Les nouvelles d'expériences réussies dans la production d'or artificiel ont toujours suscité l'inquiétude des cercles financiers et dirigeants. Il en était ainsi à l’époque des dirigeants romains, et cela reste ainsi aujourd’hui. Il n’est donc pas surprenant qu’un rapport aride sur les recherches du Laboratoire national de Chicago par le groupe du professeur Dempster ait récemment suscité l’enthousiasme dans le monde financier capitaliste : dans un réacteur nucléaire, on peut obtenir de l’or à partir du mercure ! Il s’agit du cas le plus récent et le plus convaincant de transformation alchimique.

Cela a commencé en 1940, lorsque dans certains laboratoires de physique nucléaire, ils ont commencé à bombarder les éléments adjacents à l'or - le mercure et le platine - avec des neutrons rapides obtenus à l'aide d'un cyclotron. Lors d'une réunion de physiciens américains à Nashville en avril 1941, A. Sherr et K. T. Bainbridge de l'Université Harvard ont rendu compte des résultats réussis de telles expériences. Ils ont envoyé des deutons accélérés vers une cible au lithium et ont obtenu un flux de neutrons rapides, qui a été utilisé pour bombarder des noyaux de mercure. Grâce à la transformation nucléaire, de l'or a été obtenu !

Trois nouveaux isotopes avec des numéros de masse 198, 199 et 200. Cependant, ces isotopes n'étaient pas aussi stables que l'isotope naturel or-197. Émettant des rayons bêta, ils se sont à nouveau convertis après quelques heures ou quelques jours en isotopes stables du mercure avec des nombres de masse de 198, 199 et 200. Par conséquent, les adeptes modernes de l'alchimie n'avaient aucune raison de se réjouir. L’or qui redevient mercure ne vaut rien : c’est de l’or trompeur. Cependant, les scientifiques se sont réjouis de la transformation réussie des éléments. Ils ont pu approfondir leurs connaissances sur les isotopes artificiels de l’or.

La base de la « transmutation » réalisée par Sherr et Bainbridge est ce qu'on appelle ( n, p) -réaction : le noyau d'un atome de mercure absorbant un neutron n, se transforme en isotope de l'or et libère un proton R..

Le mercure naturel contient sept isotopes en quantités différentes : 196 (0,146 %), 198 (10,02 %), 199 (16,84 %), 200 (23,13 %), 201 (13,22 %), 202 (29,80 %) et 204 (6,85 %). %). Puisque Sherr et Bainbridge ont trouvé des isotopes de l'or avec des nombres de masse de 198, 199 et 200, il faut supposer que ces derniers proviennent d'isotopes du mercure avec les mêmes nombres de masse. Par exemple:

198 Hg+ n= 198 Au + R.

Cette hypothèse semble justifiée : après tout, ces isotopes du mercure sont assez courants.

La probabilité qu'une réaction nucléaire se produise est déterminée principalement par ce qu'on appelle section transversale de préhension efficace noyau atomique par rapport à la particule bombardante correspondante. C'est pourquoi les collaborateurs du professeur Dempster, les physiciens Ingram, Hess et Haydn, ont tenté de déterminer avec précision la section efficace efficace pour la capture des neutrons par les isotopes naturels du mercure. En mars 1947, ils purent montrer que les isotopes de numéros de masse 196 et 199 avaient les sections efficaces de capture de neutrons les plus grandes et avaient donc la plus grande probabilité de se transformer en or. En tant que « sous-produit » de son Recherche expérimentale ils ont eu... de l'or ! Exactement 35 mcg, obtenus à partir de 100 mg de mercure après irradiation aux neutrons modérés dans un réacteur nucléaire. Cela équivaut à un rendement de 0,035 %, cependant, si la quantité d'or trouvée est attribuée uniquement au mercure-196, alors un rendement solide de 24 % sera obtenu, puisque l'or-197 est formé uniquement à partir de l'isotope du mercure avec un nombre de masse de 196.

Avec les neutrons rapides, ils se produisent souvent ( n, R.) réactions, et avec des neutrons lents - principalement ( n, γ)-transformations. L'or découvert par les employés de Dempster s'est formé comme suit :

196 Hg+ n= 197 Hg* + γ
197 Hg* + e- = 197 Au

Le mercure 197 instable formé par le processus (n, γ) se transforme en or 197 stable. K-capture (électron de K-coquilles de son propre atome).

Ainsi, Ingram, Hess et Haydn ont synthétisé des quantités importantes d’or artificiel dans un réacteur atomique ! Malgré cela, leur « synthèse de l'or » n'a alarmé personne, puisque seuls les scientifiques qui ont suivi attentivement les publications de la Physical Review en ont eu connaissance. Le rapport était bref et probablement pas assez intéressant pour beaucoup en raison de son titre dénué de sens : « Sections efficaces des neutrons pour les isotopes du mercure » ( Sections efficaces efficaces de capture de neutrons pour les isotopes du mercure).
Mais le hasard a voulu que deux ans plus tard, en 1949, un journaliste trop zélé reprenne ce message purement scientifique et annonce haut et fort dans la presse mondiale la production d'or dans un réacteur nucléaire. Suite à cela, une grande confusion s'est produite en France lors de la cotation de l'or en bourse. Il semblait que les événements se déroulaient exactement comme l’avait imaginé Rudolf Daumann, qui prédisait « la fin de l’or » dans son roman de science-fiction.

Mais l’or artificiel produit dans un réacteur nucléaire s’est fait attendre. Il n’était pas question que cela inonde les marchés du monde. D’ailleurs, le professeur Dempster n’en doutait pas. Peu à peu, le marché des capitaux français s'est à nouveau calmé. Ce n'est pas le moindre mérite de la revue française "Atomes", qui publiait un article dans son numéro de janvier 1950 : "La transmutation du mercure en or" ( Transmutation du mercure en or).

Bien que le magazine reconnaisse en principe la possibilité de produire de l'or à partir du mercure par réaction nucléaire, il assure à ses lecteurs ce qui suit : le prix d'un tel métal noble artificiel serait plusieurs fois plus élevé que celui de l'or naturel extrait des minerais d'or les plus pauvres !

Les employés de Dempster ne pouvaient se priver du plaisir d'obtenir une certaine quantité de cet or artificiel dans le réacteur. Depuis lors, cette petite exposition curieuse orne le Musée des sciences et de l’industrie de Chicago. Cette rareté - témoignage de l'art des "alchimistes" à l'ère atomique - put être admirée lors de la Conférence de Genève en août 1955.

Du point de vue de la physique nucléaire, plusieurs transformations d'atomes en or sont possibles. Nous allons enfin vous dévoiler le secret de la pierre philosophale et vous expliquer comment fabriquer de l'or. Soulignons que la seule voie possible est la transformation des noyaux. Toutes les autres recettes de l’alchimie classique qui nous sont parvenues ne valent rien, elles ne mènent qu’à la tromperie.

L'or stable, 197Au, pourrait être produit par la désintégration radioactive de certains isotopes d'éléments voisins. C’est ce que nous apprend la carte dite des nucléides, qui présente tous les isotopes connus et les directions possibles de leur désintégration. Ainsi, l’or 197 est formé à partir du mercure 197, qui émet des rayons bêta, ou à partir de ce mercure par capture K. Il serait également possible de fabriquer de l'or à partir du thallium 201 si cet isotope émettait des rayons alpha. Toutefois, cela n'est pas observé. Comment peut-on obtenir un isotope du mercure de nombre de masse 197, qui n'existe pas dans la nature ? En théorie pure, il peut être obtenu à partir du thallium-197, et ce dernier à partir du plomb-197. Les deux nucléides se transforment spontanément en mercure 197 et en thallium 197, respectivement, avec capture d'un électron. En pratique, ce serait la seule possibilité, quoique théorique, de fabriquer de l’or à partir du plomb. Cependant, le plomb 197 n'est également qu'un isotope artificiel qui doit d'abord être obtenu réaction nucléaire. Cela ne fonctionnera pas avec du plomb naturel.

Les isotopes du platine 197Pt et du mercure 197Hg sont également obtenus uniquement par transformations nucléaires. Seules les réactions basées sur les isotopes naturels sont réellement réalisables. Seuls 196 Hg, 198 Hg et 194 Pt conviennent comme matières premières. Ces isotopes pourraient être bombardés de neutrons accélérés ou de particules alpha pour produire les réactions suivantes :

196 Hg+ n= 197 Hg* + γ
198 Hg+ n= 197 Hg* + 2n
194 Pt + 4 He = 197 Hg* + n

Avec le même succès, on pourrait obtenir l'isotope de platine souhaité à partir de 194 Pt en ( n, γ)-transformation soit de 200 Hg par ( n, α) -processus. Dans le même temps, bien sûr, il ne faut pas oublier que l’or naturel et le platine sont constitués d’un mélange d’isotopes et que, dans chaque cas, des réactions concurrentes doivent donc être prises en compte. L’or pur devra éventuellement être isolé d’un mélange de divers nucléides et isotopes n’ayant pas réagi. Ce processus coûtera très cher. La transformation du platine en or devra être totalement abandonnée pour des raisons économiques : comme vous le savez, le platine est plus cher que l'or.

Une autre option pour la synthèse de l'or est la transformation nucléaire directe des isotopes naturels, par exemple, selon les équations suivantes :

200Hg+ R.= 197 Au + 4 He
199 Hg + 2 D = 197 Au + 4 He

Conduirait également à l’or-197 (γ, R.) -processus (mercure-198), (α, R.) -processus (platine-194) ou ( R., γ) ou (D, n)-transformation (platine-196). La seule question est de savoir si cela est pratiquement possible et, si oui, est-ce même rentable pour les raisons évoquées. Seul un bombardement à long terme du mercure avec des neutrons, présents dans le réacteur en concentration suffisante, serait économique. D’autres particules devraient être produites ou accélérées dans un cyclotron, une méthode connue pour ne produire que de faibles quantités de substances.

198 Hg+ n= 198 Au* + p
198 Au = 198 Hg + e- (2,7 jours)
Il n’est en aucun cas possible d’exclure la transformation inverse de l’or radioactif en mercure, c’est-à-dire la rupture de ce Circulus vitiosus : les lois de la nature ne peuvent être contournées.

Dans ces conditions, la production synthétique du platine, un métal noble et coûteux, semble moins compliquée que « l’alchimie ». S'il était possible de diriger le bombardement de neutrons dans un réacteur de manière à ce que principalement ( n, α)-transformations, alors on pourrait espérer obtenir des quantités importantes de platine à partir du mercure : tous les isotopes courants du mercure - 198 Hg, 199 Hg, 201 Hg - sont convertis en isotopes stables du platine - 195 Pt, 196 Pt et 198 Pt . Bien entendu, ici aussi, le processus d’isolement du platine synthétique est très compliqué.

Frederick Soddy, dès 1913, a proposé un moyen d'obtenir de l'or par transformation nucléaire du thallium, du mercure ou du plomb. Cependant, à cette époque, les scientifiques ne savaient rien de la composition isotopique de ces éléments. Si le processus de séparation des particules alpha et bêta proposé par Soddy pouvait être réalisé, il faudrait partir des isotopes 201 Tl, 201 Hg, 205 Pb. Parmi ceux-ci, seul l’isotope 201 Hg existe dans la nature, mélangé à d’autres isotopes de cet élément et chimiquement indissociables. Par conséquent, la recette de Soddy n'était pas réalisable.

Ce que même un chercheur atomique exceptionnel ne peut pas accomplir, un profane, bien sûr, ne peut pas l'accomplir. L'écrivain Dauman, dans son livre « La fin de l'or », publié en 1938, nous a donné une recette pour transformer le bismuth en or : en séparant deux particules alpha d'un noyau de bismuth à l'aide de rayons X de haute énergie. Une telle réaction (γ, 2α) n’est pas connue à ce jour. De plus, la transformation hypothétique

205 Bi + γ = 197 Au + 2α

ne peut pas y aller pour une autre raison : il n’existe pas d’isotope stable 205 Bi. Le bismuth est un élément monoisotopique ! Le seul isotope naturel du bismuth avec un indice de masse de 209 ne peut produire, selon le principe de la réaction de Daumann, que de l'or 201 radioactif, qui, avec une demi-vie de 26 minutes, se transforme à nouveau en mercure. Comme on le voit, le héros du roman de Dauman, le scientifique Bargengrond, n’a pas pu obtenir d’or !

Nous savons maintenant comment obtenir de l’or. Forts de nos connaissances en physique nucléaire, risquons une expérience de pensée : transformons 50 kg de mercure dans un réacteur nucléaire en or à part entière - en or 197. Le véritable or provient du mercure 196. Malheureusement, seulement 0,148 % de cet isotope est contenu dans le mercure. Par conséquent, dans 50 kg de mercure, il n’y a que 74 g de mercure-196, et seule cette quantité peut être transmuée en véritable or.

Soyons optimistes dans un premier temps et supposons que ces 74 g de mercure 196 peuvent être convertis en la même quantité d'or 197 si le mercure est bombardé de neutrons dans un réacteur moderne avec une productivité de 10 15 neutrons/(cm 2 . Avec). Imaginons 50 kg de mercure, soit 3,7 litres, sous forme de bille placée dans un réacteur, alors la surface de mercure, égale à 1157 cm 2, sera affectée par un débit de 1,16 par seconde . 10 18 neutrons. Parmi ceux-ci, 74 g de l'isotope 196 sont affectés à 0,148 %, soit 1,69 . 10 15 neutrons. Pour simplifier, nous supposons en outre que chaque neutron provoque la transformation de 196 Hg en 197 Hg*, à partir duquel 197 Au est formé par capture électronique.

Nous avons donc à notre disposition 1,69 . 10 15 neutrons par seconde afin de transformer les atomes de mercure 196. Combien d’atomes représentent réellement ? Une mole de l'élément, soit 197 g d'or, 238 g d'uranium, 4 g d'hélium, contient 6,022 . 10 23 atomes. On ne peut se faire une idée approximative de ce nombre gigantesque qu’à partir d’une comparaison visuelle. Par exemple, imaginez qu'en 1990, l'ensemble de la population mondiale - environ 6 milliards de personnes - commence à compter ce nombre d'atomes. Tout le monde compte un atome par seconde. Dans la première seconde, ils comptaient 6 . 10 9 atomes, en deux secondes - 12 . 10 9 atomes, etc. Combien de temps faudrait-il à l'humanité en 1990 pour compter tous les atomes d'une mole ? La réponse est stupéfiante : environ 3 200 000 ans !

74 g de mercure 196 en contiennent 2,27 . 10 23 atomes. Par seconde, avec un flux de neutrons donné, nous pouvons transmuter 1,69 . 10 15 atomes de mercure. Combien de temps faudra-t-il pour convertir la totalité de la quantité de mercure-196 ? Voici la réponse : cela nécessiterait un bombardement neutronique intense depuis un réacteur à haut flux pendant quatre ans et demi ! Nous devons supporter ces coûts énormes pour obtenir finalement seulement 74 g d'or à partir de 50 kg de mercure, et cet or synthétique doit également être séparé des isotopes radioactifs de l'or, du mercure, etc.

Oui, c’est vrai, à l’ère de l’atome, on peut fabriquer de l’or. Cependant, le processus est trop coûteux. L’or produit artificiellement dans un réacteur n’a pas de prix. Il serait plus facile de vendre un mélange de ses isotopes radioactifs comme de l’« or ». Peut-être que les écrivains de science-fiction seront tentés de créer des histoires autour de cet or « bon marché » ?

"Mare tingerem, si mercuris esset" ( Je transformerais la mer en or si elle était composée de mercure). Cette déclaration vantardise a été attribuée à l'alchimiste Raymundus Lullus. Supposons que nous ayons transformé non pas la mer, mais un grand nombre de mercure dans 100 kg d'or dans un réacteur nucléaire. Extérieurement impossible à distinguer de l’or naturel, cet or radioactif se présente devant nous sous la forme de lingots brillants. D'un point de vue chimique, c'est aussi de l'or pur.

Un Crésus achète ces barres à un prix qu'il croit similaire. Il n'a aucune idée qu'en réalité nous parlons de Il s'agit d'un mélange d'isotopes radioactifs 198 Au et 199 Au dont la demi-vie est de 65 à 75 heures. On imagine cet avare voyant que son trésor d'or glisse littéralement entre vos doigts.

Tous les trois jours, ses biens sont réduits de moitié, et il ne peut empêcher cela ; après une semaine, il ne restera que 20 kg d'or sur 100 kg d'or, après dix demi-vies (30 jours) - pratiquement rien (théoriquement, cela représente 80 g supplémentaires). Tout ce qui restait dans le trésor était une grande flaque de mercure. L'or trompeur des alchimistes !

L’histoire de l’alchimie est en grande partie celle de la recherche d’un moyen de transformer le plomb ou le mercure en or. Ils parlaient souvent avec désinvolture des véritables découvertes chimiques que les alchimistes du Moyen Âge avaient faites tout au long de cette voie, sans grande attention. La principale chose qu'ils recherchaient était le Magistère (également connu sous le nom de teinture rouge, panacée de la vie, élixir de vie, pierre philosophale) - une certaine substance, un réactif qui permettrait d'en obtenir des nobles à partir de des métaux de base.

On ne sait pas avec certitude si quelqu'un a réussi grâce à l'aide réaction chimique obtenez de l'or à partir du mercure et du plomb, bien qu'il existe encore de nombreuses légendes à ce sujet. Cependant, au milieu du XXe siècle, un groupe de physiciens américains a réussi à obtenir une petite quantité d'un isotope stable de l'or à partir du mercure, mais uniquement grâce à la physique nucléaire. La transformation des métaux, également appelée transmutation, s’est avérée possible !

L'histoire commence en 1940. Puis, dans plusieurs laboratoires à travers le monde, des expériences ont commencé à être menées sur le bombardement du mercure, adjacent à l'or dans tableau périodique Mendeleïev, neutrons rapides. Les premiers résultats réussis des expériences furent annoncés en avril 1941 lors d'une réunion de physiciens américains à Nashville par les scientifiques de Harvard A. Sherr et K. T. Bainbridge.

Ils ont réussi à obtenir trois isotopes de l'or de numéros de masse 198, 199 et 200. Mais ils n'étaient pas stables et se sont reconvertis en mercure sur une période de plusieurs heures à plusieurs jours.

Il fallait trouver un moyen d'obtenir un isotope naturel - l'or 197. Cette voie, bien que non intentionnelle, a été suivie par les employés du laboratoire du professeur Arthur Dempster - les physiciens Ingram, Hess et Haydn. (Arthur Dempster est célèbre pour avoir créé le premier spectromètre de masse moderne et découvert, avec F. Aston, un nombre record d'isotopes d'éléments chimiques).

En mars 1947, ce groupe de scientifiques, tout en étudiant le processus de capture des neutrons par les noyaux atomiques, réussit à obtenir l'or 197 souhaité comme sous-produit. Il a été « extrait » de 100 milligrammes de mercure 196 en l’irradiant avec des neutrons modérés dans un réacteur nucléaire.

Le rendement en or stable n'était que de 35 µg. Selon les normes scientifiques, il s’agit d’une quantité assez notable d’or artificiel. Une publication sur la découverte est parue dans la revue Physical Review. Mais le grand public n’a naturellement pas remarqué l’article intitulé « Sections efficaces efficaces pour la capture des neutrons par les isotopes du mercure ».

Pourtant, en 1949, un certain journaliste « jaune » publie un article sur les débuts de la production d’or dans les réacteurs nucléaires. Le résultat de cette publication a été une panique sur les bourses françaises, ce qui a entraîné un effondrement des prix de l'or. La panique ne s'est arrêtée qu'en 1950, lorsque le magazine Atoms a publié un article intitulé « Transmutation du mercure en or », dans lequel il était rapporté que le coût de production de l'or artificiel à partir du mercure est plusieurs fois plus élevé que le coût d'extraction de l'or naturel du mercure. minerai d'or le plus minable.

35 microgrammes d'or artificiel sont encore conservés à Chicago, au Musée des sciences et de l'industrie. Depuis lors, personne ne s’est sérieusement engagé dans la production d’or 197 à partir de métaux communs ni n’a tenté de réduire le coût de cette technologie.

Au 21e siècle, l'or 198 radioactif instable est obtenu à partir du mercure 198, qui est utilisé comme médicament pour obtenir des radiographies d'organes du corps humain (au lieu de rayons X) et pour traiter les tumeurs cancéreuses. Il s'avère que les atomes de cet or fonctionnent comme de petits tubes à rayons X et tuent les cellules cancéreuses dans une zone strictement définie du corps.

Et au 21e siècle, « l’alchimie inversée » fleurit. De l'or, par exemple, on obtient des isotopes des éléments scientifiquement précieux francium et astatine, qui n'existent tout simplement pas dans la nature.

Photo : « Œufs de Dieu en carton » (corbisimages.com/photographer/bevis-boobacca), Arthur Dempster (American Institute of Physics)

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Depuis plusieurs années, Adolf Mithe colorait les minéraux et le verre sous l'influence des rayons ultraviolets. Pour ce faire, il a utilisé une lampe à mercure conventionnelle - un tube en verre de quartz sous vide, entre les électrodes duquel se forme un arc de mercure émettant des rayons ultraviolets.

Plus tard, Miethe utilisa un nouveau type de lampe, qui produisait une puissance énergétique particulièrement élevée. Cependant, lors d'une utilisation prolongée, des dépôts se sont formés sur ses parois, ce qui a grandement gêné le travail. De tels dépôts pourraient également être trouvés dans les lampes au mercure usagées si le mercure était éliminé. La composition de cette masse noirâtre intéresse Conseiller privé, et soudain, en analysant le reste des 5 kg de mercure de la lampe, il trouva... de l'or. Mitya se demandait s'il était théoriquement possible que le mercure contenu dans une lampe à mercure, à la suite de la destruction d'un atome, se désintègre en or avec détachement de protons ou de particules alpha. Miethe et son collaborateur Hans Stamreich ont mené de nombreuses expériences, fascinés par l'idée de cette transformation des éléments. Le matériau de départ était du mercure distillé sous vide. Les chercheurs pensaient qu’il ne contenait pas d’or. Cela a également été confirmé par les analyses des célèbres chimistes K. Hoffmann et F. Haber. Mitia leur a demandé d'examiner le mercure et les résidus présents dans la lampe. Avec ce mercure, qui selon les données analytiques était exempt d'or, Miethe et Stamreich ont rempli une nouvelle lampe, qui a ensuite fonctionné pendant 200 heures. Après avoir distillé le mercure, ils ont dissous le résidu dans de l'acide nitrique et ont examiné avec enthousiasme au microscope ce qui restait. dans le verre : il y avait un éclat sur le verre de couverture, un agglomérat jaune doré de cristaux octaédriques.

Cependant, Frederick Soddy ne pensait pas que l’or était formé par l’abstraction d’une particule alpha ou d’un proton. On peut plutôt parler d'absorption d'un électron : si ce dernier a une vitesse suffisamment élevée pour percer coques électroniques atomes et pénétrer dans le noyau, alors l’or pourrait se former. Où numéro de série le mercure (80) diminue d'un et le 79ème élément est formé - l'or.

La déclaration théorique de Soddy a renforcé le point de vue de Miethe et de tous ces chercheurs qui croyaient fermement à la « désintégration » du mercure en or. Cependant, ils n'ont pas pris en compte le fait qu'un seul isotope du mercure avec un numéro monétaire de 197 peut se transformer en or naturel. Seule la transition 197 Hg + e- = 197 Au peut donner de l'or.

L’isotope 197 Hg existe-t-il ? La masse atomique relative de cet élément, 200,6, alors appelée poids atomique, suggérait qu'il existait plusieurs isotopes. F.V. Aston, étudiant les rayons canal, a trouvé des isotopes du mercure avec des nombres de masse compris entre 197 et 202, une telle transformation était donc probable.

Selon une autre version, à partir d'un mélange d'isotopes de 200,6Hg, il pourrait également se former 200,6Au, c'est-à-dire un ou plusieurs isotopes de l'or de grandes masses. Cet or aurait dû être plus lourd. Miethe s'est donc empressé de déterminer la masse atomique relative de son or artificiel et l'a confié au meilleur spécialiste dans ce domaine - le professeur Gonigschmidt de Munich.

Bien sûr, la quantité d'or artificiel pour une telle détermination était très maigre, mais Mitya n'en avait pas encore plus : le roitelet pesait 91 mg, le diamètre de la boule était de 2 mm. Si l'on le compare avec les autres « rendements » que Miethe a obtenus lors de transformations dans une lampe à mercure - dans chaque expérience ils variaient de 10 -2 à 10 -4 mg - c'était encore une pièce d'or remarquable. Gonigschmidt et son collaborateur Zintl ont trouvé une masse atomique relative de 197,2 ± 0,2 pour l'or artificiel.

Mitia a progressivement supprimé le « secret » de ses expériences. Le 12 septembre 1924, un message du laboratoire photochimique fut publié, dans lequel les données expérimentales étaient présentées pour la première fois et l'équipement était décrit plus en détail. Le rendement est également devenu connu : à partir de 1,52 kg de mercure, préalablement purifié par distillation sous vide, après 107 heures de combustion continue d'un arc de 16 cm de long, sous une tension de 160 à 175 V et un courant de 12,6 A, Mite a reçu autant comme 8,2 * 10 -5 g d'or, soit huit centièmes de milligramme. Les « alchimistes » de Charlottenburg ont assuré que ni la substance de départ, ni les électrodes et les fils fournissant le courant, ni le quartz de la coque de la lampe ne contenaient des quantités d'or détectables analytiquement.

Cependant, un tournant s’est rapidement produit. Les pharmaciens devenaient de plus en plus méfiants. L'or se forme parfois, et toujours en quantité minime, et là encore, il ne se forme pas. Aucune proportionnalité n'est trouvée, c'est-à-dire que les quantités d'or n'augmentent pas avec l'augmentation de la teneur en mercure, avec l'augmentation de la différence de potentiel ou avec une durée de fonctionnement plus longue de la lampe à quartz. L’or découvert a-t-il été produit artificiellement ? Ou était-ce déjà présent auparavant ? Les sources d'éventuelles erreurs systématiques dans la méthode Miethe ont été vérifiées par plusieurs scientifiques des instituts chimiques de l'Université de Berlin, ainsi que du laboratoire de l'entreprise électrique Siemens. Les chimistes ont d'abord étudié en détail le processus de distillation du mercure et sont arrivés à une conclusion étonnante : même dans le mercure distillé, apparemment sans or, il y a toujours de l'or. Soit il est apparu au cours du processus de distillation, soit il est resté dissous dans le mercure sous forme de traces, de sorte qu'il n'a pas pu être détecté immédiatement par analyse. Ce n'est qu'après une longue période de repos ou lors d'une pulvérisation en arc provoquant un enrichissement qu'il a été soudainement détecté à nouveau. Cet effet pourrait bien être confondu avec la formation d’or. Une autre circonstance est apparue. Les matériaux utilisés, notamment les câbles menant aux électrodes et les électrodes elles-mêmes, contenaient tous des traces d'or.

Mais il y avait encore une déclaration convaincante de la part des physiciens atomiques selon laquelle une telle transmutation était possible du point de vue de la théorie atomique. Comme on le sait, cela reposait sur l’hypothèse que l’isotope du mercure 197 Hg absorbe un électron et se transforme en or.

Cependant, cette hypothèse a été réfutée par le rapport d'Aston, paru dans le magazine Nature en août 1925. Un spécialiste de la séparation isotopique a pu caractériser sans ambiguïté les raies isotopiques du mercure à l’aide d’un spectrographe de masse à haute résolution. En conséquence, il s’est avéré que le mercure naturel est constitué d’isotopes de numéros de masse 198, 199, 200, 201, 202 et 204.

Par conséquent, l’isotope stable 197 Hg n’existe pas du tout. Par conséquent, il faut supposer qu'il est théoriquement impossible d'obtenir de l'or 197 naturel à partir du mercure en le bombardant d'électrons, et les expériences visant à cela peuvent être considérées d'avance comme peu prometteuses. C'est finalement ce qui a été réalisé par les chercheurs Harkins et Kay de l'Université de Chicago, qui ont entrepris de transformer le mercure à l'aide d'électrons ultrarapides. Ils ont bombardé du mercure (refroidi avec de l'ammoniac liquide et pris comme anti-cathode dans un tube à rayons X) avec des électrons accélérés dans un champ de 145 000 V, soit ayant une vitesse de 19 000 km/s.

Fritz Haber a également réalisé des expériences similaires en testant les expériences de Miethe. Malgré des méthodes d’analyse très sensibles, Harkins et Kay n’ont trouvé aucune trace d’or. Ils pensaient probablement que même des électrons dotés d’une énergie aussi élevée n’étaient pas capables de pénétrer dans le noyau d’un atome de mercure. Ou bien les isotopes de l'or résultants sont si instables qu'ils ne peuvent pas « survivre » jusqu'à la fin de l'analyse, qui dure de 24 à 48 heures.

Ainsi, l'idée du mécanisme de formation de l'or à partir du mercure, proposée par Soddy, a été fortement ébranlée.

En 1940, lorsque certains laboratoires de physique nucléaire commencent à bombarder les éléments adjacents à l'or - le mercure et le platine - avec des neutrons rapides obtenus à l'aide d'un cyclotron. Lors d'une réunion de physiciens américains à Nashville en avril 1941, A. Scherr et K.T. Bainbridge de l'Université Harvard a rapporté les résultats réussis de telles expériences. Ils ont envoyé des deutons accélérés vers une cible au lithium et ont obtenu un flux de neutrons rapides, qui a été utilisé pour bombarder des noyaux de mercure. Grâce à la transformation nucléaire, de l'or a été obtenu.

La probabilité qu'une réaction nucléaire se produise est principalement déterminée par la section efficace de capture d'un noyau atomique par rapport à la particule de bombardement correspondante. C'est pourquoi les collaborateurs du professeur Dempster, les physiciens Ingram, Hess et Haydn, ont tenté de déterminer avec précision la section efficace efficace pour la capture des neutrons par les isotopes naturels du mercure. En mars 1947, ils purent montrer que les isotopes de numéros de masse 196 et 199 avaient les sections efficaces de capture de neutrons les plus grandes et avaient donc la plus grande probabilité de se transformer en or. En guise de « sous-produit » de leurs recherches expérimentales, ils ont reçu... de l'or. Exactement 35 mcg, obtenus à partir de 100 mg de mercure après irradiation aux neutrons modérés dans un réacteur nucléaire. Cela équivaut à un rendement de 0,035 %, cependant, si la quantité d'or trouvée est attribuée uniquement au mercure-196, alors un rendement solide de 24 % sera obtenu, puisque l'or-197 est formé uniquement à partir de l'isotope du mercure avec un nombre de masse de 196.

Avec les neutrons rapides, ils se produisent souvent ( n, R.) - réactions, et avec des neutrons lents - principalement ( n, d) - transformations. L'or découvert par les employés de Dempster était formé comme suit : 196 Hg + n= 197 Hg* + g 197 Hg* + e- = 197 Au

Le mercure 197 instable formé par le processus (n, g) se transforme en or 197 stable. K-capture (électron de K-coquilles de son propre atome).

Du point de vue de la physique nucléaire, plusieurs transformations d'atomes en or sont possibles. L'or stable, 197Au, pourrait être produit par la désintégration radioactive de certains isotopes d'éléments voisins. C’est ce que nous apprend la carte dite des nucléides, qui présente tous les isotopes connus et les directions possibles de leur désintégration. Ainsi, l’or 197 est formé à partir du mercure 197, qui émet des rayons bêta, ou à partir de ce mercure par capture K. Il serait également possible de fabriquer de l'or à partir du thallium 201 si cet isotope émettait des rayons alpha. Toutefois, cela n'est pas observé. Comment peut-on obtenir un isotope du mercure de nombre de masse 197, qui n'existe pas dans la nature ? En théorie pure, il peut être obtenu à partir du thallium-197, et ce dernier à partir du plomb-197. Les deux nucléides se transforment spontanément en mercure 197 et en thallium 197, respectivement, avec capture d'un électron. En pratique, ce serait la seule possibilité, quoique théorique, de fabriquer de l’or à partir du plomb. Cependant, le plomb 197 n’est également qu’un isotope artificiel, qui doit d’abord être obtenu par une réaction nucléaire. Cela ne fonctionnera pas avec du plomb naturel.

Les isotopes du platine 197Pt et du mercure 197Hg sont également obtenus uniquement par transformations nucléaires. Seules les réactions basées sur les isotopes naturels sont réellement réalisables. Seuls 196 Hg, 198 Hg et 194 Pt conviennent comme matières premières. Ces isotopes pourraient être bombardés avec des neutrons accélérés ou des particules alpha pour produire les réactions suivantes : 196 Hg + n= 197 Hg* + g 198 Hg + n= 197 Hg* + 2n 194 Pt + 4 He = 197 Hg* + n.

Avec le même succès, on pourrait obtenir l'isotope de platine souhaité à partir de 194 Pt en ( n, d) - transformation soit de 200 Hg par ( n, b) - processus. Dans le même temps, bien sûr, il ne faut pas oublier que l’or naturel et le platine sont constitués d’un mélange d’isotopes et que, dans chaque cas, des réactions concurrentes doivent donc être prises en compte. L’or pur devra éventuellement être isolé d’un mélange de divers nucléides et isotopes n’ayant pas réagi. Ce processus coûtera très cher. La transformation du platine en or devra être totalement abandonnée pour des raisons économiques : comme vous le savez, le platine est plus cher que l'or.

Une autre option pour la synthèse de l'or est la transformation nucléaire directe des isotopes naturels, par exemple selon les équations suivantes : 200 Hg + R.= 197 Au + 4 He 199 Hg + 2 D = 197 Au + 4 He.

Si le mercure naturel est exposé à un flux de neutrons dans un réacteur, en plus de l'or stable, il se forme principalement de l'or radioactif. Cet or radioactif (de masse 198, 199 et 200) a une durée de vie très courte et retourne en quelques jours à ses substances mères avec émission de rayonnement bêta : 198 Hg + n= 198 Au* + p 198 Au = 198 Hg + e- (2,7 jours). Il n’est en aucun cas possible d’exclure la transformation inverse de l’or radioactif en mercure : les lois de la nature ne peuvent être contournées.

À l’ère de l’atome, on peut fabriquer de l’or. Cependant, le processus est trop coûteux. L’or produit artificiellement dans un réacteur n’a pas de prix. Et si nous parlons d'un mélange d'isotopes radioactifs 198 Au et 199 Au, alors après quelques jours, il ne restera qu'une flaque de mercure du lingot d'or.