catalyse - chimie.

catalyse - chimie. 1 PRÉSENTATION catalyse, modification de la vitesse d'une réaction chimique par une substance rajoutée, appelée catalyseur, que l'on retrouve inaltérée en fin de réaction et qui ne modifie pas l'équilibre thermodynamique de cette dernière ( voir cinétique). 2 MÉCANISMES RÉACTIONNELS Considérons la réaction chimique entre deux réactifs A et B qui conduit à la formation de deux produits C et D : A + B -> C + DCette équation-bilan ne rend pas compte de la réalité chimique ; en fait, au cours de la réaction, il se forme des complexes intermédiaires fugaces, c'est-à-dire de très courte durée de vie (les parenthèses les distinguent des molécules chimiques stables) : A + B -> (A-B) -> (C-D) -> C + DOn distingue trois étapes dans le processus : formation d'un complexe entre les réactifs, réarrangements atomiques au sein du complexe ainsi formé, puis dissociation des produits. L'ajout d'un catalyseur X dans le milieu peut conduire par exemple à la réaction suivante : A + B + X -> (A-X-B) -> (C-X-D) -> C + D + XLe bilan reste ainsi inchangé, et le catalyseur n'est pas altéré, cependant la vitesse de la réaction est multipliée par un facteur pouvant atteindre des valeurs de l'ordre de 10 10. Le gain en vitesse provient du fait que les réarrangements atomiques sont favorisés dans le complexe (A-X-B) par rapport à la situation dans le complexe (A-B) : une étape difficile est remplacée par une étape (ou une succession d'étapes) plus facile(s). Des réactions chimiques intermédiaires peuvent avoir lieu avant la formation des complexes ou juste après la dissociation. 3 CATALYSE HOMOGÈNE Une catalyse est dite homogène lorsque la phase du catalyseur est identique à celle des réactifs. Le catalyseur se combine avec l'un des réactifs pour former un composé intermédiaire qui réagit plus rapidement avec le ou les autres réactifs. Par exemple, la formation du trioxyde de soufre (SO3)par réaction du dioxyde de soufre (SO2) avec l'oxygène (O2), l'oxyde nitrique (NO) servant de catalyseur, est une catalyse homogène : tous les composés impliqués sont à l'état gazeux. En présence du catalyseur, il se forme un intermédiaire, le dioxyde d'azote (NO2), qui réagit avec le dioxyde de soufre pour former le trioxyde de soufre : 2SO2 + O2 + 2NO -> 2NO2 + 2SO2 -> 2(NO2-SO2) -> 2SO3 + 2NO Un cas particulièrement important de catalyse homogène est celui de la catalyse enzymatique. Les enzymes sont des catalyseurs naturels, synthétisés par les organismes vivants. Ils sont essentiels à la vie : un grand nombre de réactions biochimiques vitales ont lieu en quelques fractions de seconde, alors qu'elles prendraient un temps prohibitif en l'absence d'enzymes. Par exemple, la lecture du code génétique par nos cellules pour synthétiser des protéines se fait en quelques minutes grâce à l'ARN polymérase ; en l'absence de cette enzyme, il faudrait des années à une cellule pour produire la moindre protéine. 4 CATALYSE HÉTÉROGÈNE Lorsque la phase d'un catalyseur est différente de celle des réactifs, la catalyse est dite hétérogène. Les catalyses hétérogènes, ou de contact, sont les plus utilisées dans l'industrie, le catalyseur étant généralement métallique (état solide). La caractéristique principale de ces composés est de présenter une surface très poreuse, ce qui leur confère une importante capacité d'adsorption des molécules de gaz ou de liquide. Observés au microscope électronique, ils apparaissent comme des conglomérats à canaux. Le meilleur catalyseur hétérogène est celui qui dispose de canaux de taille à peine supérieure aux molécules des réactifs. Celles-ci entrent dans les canaux les unes à la suite des autres, ce qui favorise par conséquent le taux de réactivité. En présence de platine finement divisé, la réaction du monoxyde de carbone avec l'oxygène, qui conduit à la formation du dioxyde de carbone, est une catalyse hétérogène. Cette réaction est utilisée dans les pots catalytiques des automobiles pour éliminer le monoxyde de carbone des gaz d'échappement. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.