Problème 4

La capitale de l'or d'Asie. Chiufen, au nord-est de Taïwan, abrita l'une des plus grandes mines d'or d'Asie. PARTIE A. Le KCN extrait l'or des minerais :

\ce{4Au(s) + 8CN-(aq) + O2(g) + 2H2O(l) -> 4[Au(CN)2]-(aq) + 4OH-(aq)}

. (4.A-1) Donner la géométrie de

\ce{[Au(CN)2]-}

. (4.A-2) Combien de grammes de KCN sont nécessaires pour extraire 20 g d'or ? (

M(\ce{Au}) = 197

M(\ce{KCN}) = 65.12

g mol

^{-1}

.) L'eau régale (mélange 3:1 vol. HCl:

\ce{HNO3}

concentrés) dissout l'or :

\ce{Au(s) + 3NO3-(aq) + 6H+(aq) + 4Cl-(aq) -> [AuCl4]-(aq) + 3NO2(g) + 3H2O(l)}

. (4.A-3) Écrire les demi-réactions et l'équation équilibrée. (4.A-4) Identifier oxydant et réducteur. (4.A-5) À partir de

\ce{Au^{3+} + 3e- -> Au(s)}

(

E^\circ = +1.50

V) et

\ce{[AuCl4]- + 3e- -> Au(s) + 4Cl-}

(

E^\circ = +1.00

V), calculer la constante de formation

K_f = \frac{[\ce{[AuCl4]-}]}{[\ce{Au^{3+}}][\ce{Cl-}]^4}

25\ ^\circ\mathrm{C}

(

RT\ln10/F = 0.059

V). PARTIE B. Nanoparticules d'or (AuNP). Dans la synthèse de Brust-Schiffrin,

\ce{HAuCl4}

aqueux est transféré dans le toluène par le bromure de tétraoctylammonium, additionné de dodécanethiol puis réduit par

\ce{NaBH4}

en excès pour donner des AuNP de taille contrôlée. (4.B-1) Est-ce une approche ascendante (bottom-up) ou descendante (top-down) ? (4.B-3) Quel est le rôle de

\ce{NaBH4}

? (4.B-4) Pour un diamètre moyen de 3.0 nm et un rayon atomique de 0.144 nm, estimer le nombre d'atomes d'or par particule. (4.B-5) Estimer le pourcentage d'atomes d'or en surface.

Étape 3 sur 4 : Nombre d'atomes d'or par nanoparticule

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N_{\ce{Au}} \approx \left(\frac{r_{\text{NP}}}{r_{\ce{Au}}}\right)^3 = \left(\frac{1.5\ \text{nm}}{0.144\ \text{nm}}\right)^3 \approx 1.1\times10^3\ \text{atoms}

Analyse

En approchant le volume par un empilement de sphères, le nombre d'atomes d'or est $V_{\text{NP}}/V_{\text{atom}} = (r_{\text{NP}}/r_{\text{Au}})^3 = (1.5/0.144)^3 \approx 1.1\times10^3$ atomes (ordre $10^3$ ).