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Vidéo question :: Raison d’utiliser des nanoparticules en tant que catalyseurs Chimie • Première année secondaire

Pourquoi les nanoparticules peuvent-elles être utilisées en tant que catalyseurs efficaces en très petites quantités ? [A] Elles ont un rapport surface-volume élevé. [B] Elles sont inflammables. [C] Elles sont constituées de métaux de transition. [D] Elles ont une faible réactivité. [E] Elles sont légères.

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Pourquoi les nanoparticules peuvent-elles être utilisées en tant que catalyseurs efficaces en très petites quantités ? (A) Elles ont un rapport surface-volume élevé. (B) Elles sont inflammables. (C) Elles sont constituées de métaux de transition. (D) Elles ont une faible réactivité. Ou (E) Elles sont légères.

Les nanoparticules sont de très petites particules de matière. Elles ne contiennent généralement que quelques centaines d’atomes, qui s’organisent en sphères, en formes géométriques 3D, en nanotubes ou en fibres. La taille de ces particules varie entre 1 et 100 nanomètres de diamètre, de longueur ou de largeur. Dans certains cas, des particules inférieures à 500 nanomètres sont également considérées comme étant des nanoparticules.

Nano- signifie un milliardième. Donc, un nanomètre équivaut à un milliardième de mètre ou à 1 fois 10 puissance moins neuf mètre. Un milliardième de mètre est la même chose que 0,000000001 mètre. Ainsi, une nanoparticule de, disons, 20 ou 17 nanomètres de diamètre est en effet une très petite particule. Alors, qu’est-ce qui rend les nanoparticules si spéciales ?

Quand les particules ont un diamètre inférieur à 100 nanomètres, elles présentent des propriétés très différentes de celles des matières macroscopiques. Les propriétés des matières macroscopiques ne dépendent pas de la taille des particules. Par exemple, le point de fusion, la couleur et la réactivité d'une matière macroscopique demeurent constants, quelle que soit sa quantité ou la taille de ses particules. Prenons maintenant un exemple spécifique.

L’élément or, Au, sous sa forme macroscopique et non pas sous la forme de minuscules nanoparticules, aura toujours un point de fusion de 1 064 degrés Celsius, quelle que soit la quantité présente. Il sera de couleur jaune d’or et sera inerte, non réactif. Dans le cas des nanoparticules, les propriétés sont directement liées à la taille des particules. Prenons de nouveau l’or comme exemple.

Des nanoparticules d’or d’environ 1,4 nanomètres de diamètre ont un point de fusion entre 23 et 25 degrés Celsius. Les nanoparticules d’or en solution sont souvent de couleur rouge foncé à noire en fonction de leur taille. En outre, ces nanoparticules sont réactives et peuvent être utilisées comme catalyseurs.

Ce graphique nous montre visuellement comment une propriété telle que le point de fusion dépend du rayon des particules. Bien qu’aucune valeur ne soit donnée, nous pouvons tout de même constater une tendance générale. La propriété, le point de fusion dans ce cas, est constante ou presque constante pour les particules de grande taille. Or, cette propriété varie considérablement pour les particules de très petite taille. Examinons brièvement la taille des particules en termes de rapport surface-volume.

Comparons une particule de grande taille avec une particule de petite taille. Nous utiliserons des cubes pour faciliter la comparaison. Les nombres représentent les longueurs de chacun des côtés et nous exclurons les unités pour le moment. Si nous voulons calculer l’aire de la particule de grande taille, nous devons tenir compte que le cube possède six côtés. L’aire de chaque côté est sa longueur multipliée par sa largeur. En additionnant les aires des six côtés, nous obtenons 150 unités au carré pour l’aire totale de la particule de grande taille. En faisant le même calcul pour la particule de petite taille, nous obtenons une aire totale de six unités au carré.

Calculons maintenant le volume de chacune des particules. Le volume correspond à la longueur fois la largeur fois la hauteur. En ajoutant les valeurs, nous obtenons un volume de 125 unités au cube pour la particule de grande taille et un volume d'une unité au cube pour la particule de petite taille. Écrivons maintenant le rapport surface-volume de chaque particule. Nous obtenons un rapport de 150 pour 125 pour la particule de grande taille et de six pour un pour la particule de petite taille. En simplifiant, nous obtenons un rapport de 1,2 pour un pour la particule de grande taille. Nous pouvons maintenant comparer le rapport surface-volume pour chacune des particules.

Nous pouvons constater que l'aire de la particule de grande taille est petite par rapport à son volume. En effet, il y a très peu de différence entre 1,2 et un. Cependant, l'aire de la particule de petite taille est très grande par rapport à son volume. En effet, six est beaucoup plus grand que un. C’est cette surface élevée par rapport au volume qui procure aux nanoparticules leurs propriétés très intéressantes.

La raison pour laquelle les nanoparticules peuvent être utilisées comme catalyseurs efficaces en très petite quantité est donc la réponse (A), parce qu’elles ont un rapport surface-volume élevé.

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