Quel rôle pourrait jouer l'or dans la lutte contre la pollution ? Bts chimiste 2015

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Structure cristalline de l’or.
L’or est un métal noble. Il a longtemps été considéré comme catalytiquement inactif. L’or cristallise dans un réseau cubique à faces centrées (cfc). Les atomes d’or sont assimilés à des sphères rigides de rayon r = 144,2 pm.
Compléter la maille conventionnelle de l’or, en respectant la représentation imposée pour l’atome d’or.
Établir la relation entre le rayon r de l’atome d’or et le paramètre a de la maille.
 En déduire la valeur numérique du paramètre de maille a.


 Déterminer le nombre d’atomes par maille.
Chaque maille compte en propre :
- Chaque atome d'or situé au centre d'une face, donc commun à deux mailles compte pour ½ : il y a 6 faces soit 6*0,5 = 3 atomes d'or.
- Chaque atome situé à un sommet, donc commun à huit mailles compte pour 1/8 : il y a huit sommets donc 8 /8 = 1atome d'or.
Total : 4 atomes d'or par maille.
Exprimer, puis calculer la masse volumique de l’or. Commenter.
masse d'un atome d'or : masse molaire de l'or / nombre d'Avogadro = 197 10-3/ 6,02 1023 = 3,27 10-25 kg.
masse des atomes propres à une maille :
m =4*3,27 10-25 =1,31 10-24 kg.
volume de la maille a'3 m3 avec a = 4 r /1,414 = 4*144,2 10-12 / 1,414 =4,08 10-10 m.
La masse volumique de l'or est m / a3 =1,31 10-24 /(4,08 10-10)3= 1,93 104 kg m-3.
La masse volumique de l'or est très élevée par rapport à de nombreux métaux.
Les plus grands sites d’insertion dans une maille cfc sont les sites octaédriques.
Représenter les sur la maille conventionnelle de l’or
. Établir la condition pour qu’un atome étranger, de rayon r0, puisse occuper un site octaédrique.
sites octaèdriques :
Ils sont d'une part positionnés au milieu des arètes de la maille et d'autre part il en existe un au centre de la maille.

En déduire le type d’alliage formé par l’or et le nickel, le nickel ayant un rayon métallique r ’ = 124,6 pm.
rsite = 0,146 *a = 0,146*408 = 59,6 pm.
Le nickel ne peut pas former d’alliage d’insertion avec l’or car r' > rsite.




Le pot catalytique.
Le pot catalytique est constitué d'une chambre d'acier inoxydable dans laquelle sont acheminés les gaz d'échappement. Ils traversent des conduits en céramique en forme de nid d'abeille, recouverts de particules microscopiques de métaux précieux (rhodium, platine et palladium). En fonctionnement normal, le pot catalytique élimine plus de 99 % des gaz toxiques, cependant il faut que la température dépasse les 400°C. Or cette température est atteinte seulement après 10 km de trajet environ ; le pot catalytique n’est donc pour l’instant d’aucune efficacité pour les petits trajets.
Quels sont les principaux constituants d’un acier inoxydable ?
Fer, carbone, chrome, nickel, molybdène ou titane.
Définir le terme de catalyse.
Dans le cas du pot catalytique, de quel type de catalyse s’agit-il ? Justifier.
Catalyse : accélération ou réorientation de la cinétique d'une réaction grâce à un catalyseur. Ce dernier est utilisé en faible quantité et n'apparaît pas dans le bilan.
Catalyse hétérogène : le catalyseur est un solide et les réactifs sont des gaz.

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Évaluer la taille du cluster d'or encadré. Peut-on parler, pour ce cluster, de nanoparticule d’or ?

La taille de ce cluster étant de l'ordre de 100 nm, on peut le considérer comme une nanoparticule.
Quelle amélioration notable apporte le remplacement du métal platine par l’or ?
Pour une température comprise entre 50 et 100°C ( correspondant à de petits trajets ), le taux de conversion est proche de 100% pour des nanocomposites à base d'or, ( 2,3 % Au / TiO2) au lieu de 10 % pour le pot catalytique commercial Pt / alumine.
Le nombre de molécules de CO converties par unité de temps et de site actif est maximum pour des clusters d'or de taille voisine de 3,5 nm.

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