Des scientifiques ont établi un étonnant record concernant le point de fusion du platine
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Le platine a fait l’objet d’une attention particulière ce week-end, en tant que symbole du 70e jubilé de la Reine d’Angleterre. C’est sa rareté qui en fait un métal extrêmement cher, mais le platine possède également des propriétés chimiques très précieuses.
Image d’entête : gallium liquide et trois billes solides de platine, démontrant le processus de dissolution du platine dans le gallium décrit dans cette étude. (Arifur Rahim/ UNSW Sydney)
Le platine est un puissant catalyseur, capable d’améliorer une grande variété de réactions chimiques, de la fabrication de produits pharmaceutiques à la capture du CO2 dans l’air. Mais il est généralement trop cher pour être utilisé à grande échelle et il faut souvent des températures très élevées pour qu’il opère.
Une équipe de chercheurs australiens a trouvé un moyen d’utiliser une très petite quantité de platine comme catalyseur, à une température proche de la température ambiante. Cette découverte pourrait à terme faire du platine un moyen abordable d’améliorer le captage du carbone, l’électrolyse verte de l’hydrogène, la production d’ammoniac pour les engrais et toute une série d’autres processus industriels.
L’astuce, décrite dans une nouvelle étude (lien plus bas), consiste à mélanger le platine à un autre métal moins coûteux, le gallium, et à le transformer en liquide.
L’auteur principal, le Dr Md Arifur Rahim, chercheur postdoctoral à l’école d’ingénierie chimique de l’université de Nouvelle-Galles du Sud (Australie), explique que son groupe travaille sur le gallium liquide « depuis très longtemps », ajoutant :
Le gallium est intéressant, car c’est un liquide proche de la température ambiante, tout comme le mercure. Le gallium fond à 30 °C – dans la paume de votre main. Étant liquide, on peut le considérer comme un solvant.
Cela signifie que, comme l’eau dissout le sel, le gallium peut dissoudre d’autres métaux qui sont habituellement solides à des températures beaucoup plus élevées. Le platine, par exemple, a habituellement un point de fusion de 1700°C, mais il peut être dissous dans le gallium après avoir été chauffé à 300°C pendant quelques heures.
Et une fois qu’il est dans ce format liquide, le platine devient un catalyseur très efficace.
En fait, un mélange dont seulement 0,0001 % des atomes étaient constitués de platine était capable de catalyser plusieurs types différents de réactions testées par les chercheurs. Ce catalyseur était plus de 1000 fois plus efficace qu’un catalyseur solide classique à 10 % de platine, et il fonctionnait entre 40 et 70 °C, soit à des températures très basses à l’échelle industrielle.
La modélisation informatique des chercheurs suggère une raison possible à cela : la façon dont les atomes de platine sont dispersés dans le mélange de gallium.
Une vue atomique du système catalytique dans lequel les sphères argentées représentent les atomes de gallium et les sphères rouges les atomes de platine. Les petites sphères vertes sont les réactifs et les sphères bleues sont les produits, mettant en évidence les réactions catalytiques. (Dr. Md. Arifur Rahim, UNSW Sydney)
Toujours selon Rahim :
Le platine ne s’agrège jamais, et ses atomes ne forment pas d’amas.
En revanche, les atomes de platine incitent les atomes de gallium qui les entourent complètement à agir comme des catalyseurs.
Le platine active également le gallium vers la catalyse.
Pour le coauteur de l’étude, le Dr Andrew Christofferson, chercheur à l’Institut royal de technologie de Melbourne :
La magie se produit sur le gallium sous l’influence du platine. Mais sans le platine, elle ne se produit pas. C’est complètement différent de toute autre catalyse que l’on ait pu montrer, à ma connaissance. Et c’est quelque chose qui n’a pu être démontré que par la modélisation.
En plus d’être plus efficace, cette substance est plus pratique que ses homologues solides. Les catalyseurs liquides sont généralement plus faciles à rafraîchir et à utiliser plus longtemps dans les réactions chimiques.
Rahim explique que l’équipe cherche maintenant à savoir si le gallium a cet effet sur d’autres métaux nobles (comme l’argent, l’or et le ruthénium), qui sont tous des catalyseurs coûteux et puissants.
Selon Rahim :
Nous constatons qu’il y a des similitudes, mais je ne peux pas [encore] dire qu’il y a une rationalisation que nous pouvons faire.
L’étude publiée dans Nature Chemistry : Low-temperature liquid platinum catalyst et présentée sur le site de l’ARC Centre of Excellence in Exciton Science : Liquid platinum at room temperature: The ‘cool’ catalyst for a sustainable revolution in industrial chemistry.