Ch 4.2   Contrôle d'une réaction chimique


3.Catalyse

3.1 Définition

Un catalyseur est une espèce chimique qui augmente la vitesse de réaction, mais ne modifie pas l’état d’équilibre du système.

Si une substance catalyse une réaction, elle catalyse aussi la réaction inverse.

3.2 Les différents types de catalyse : étude expérimentale

1) Réaction étudiée : dismutation du péroxyde d’hydrogène

La solution de péroxyde d’hydrogène est appelée couramment : « eau oxygénée ».
Cette solution n’est pas stable :  il se décompose spontanément par oxydoréduction en intervenant dans les couples :  H2O2(aq) / H2O  et O2(g) / H2O2(aq)

Ecrire l’équation de cette réaction :



2) Dismutation avec une catalyse homogène

Une catalyse est homogène lorsque le catalyseur et les réactifs sont dans le même état physique.

Expérience : Mise en évidence de l’influence de la concentration du catalyseur.

introduire 15mL d’eau oxygénée ( 20V) dans 2 tubes à essais.
Dans le tube 1, verser 1 mL de chlorure de fer III à 1mol.L-1.
Dans le tube 2, verser 1 mL de chlorure de fer III à 0.1mol.L-1.

Observations : 

La réaction est beaucoup plus rapide dans le tube 1

Conclusion : 

Lors d’une catalyse homogène, le catalyseur est d’autant plus actif, qu’il est plus concentré.

Autre exemple de catalyse homogène : les ions H+ dans la réaction d’estérification hydrolyse.

Remarques : lors d’une catalyse homogène, il y une réaction chimique entre un réactif et le catalyseur, puis une autre réaction chimique au cours de laquelle, le catalyseur se reforme : au total, tout se passe comme si le catalyseur n’était pas consommé au cours de la réaction. On remplace ainsi une réaction lente par 2 réactions plus rapides….Lors d’une catalyse homogène, toutes les particules du catalyseur réagissent.

3)Dismutation avec une catalyse hétérogène

Une catalyse est hétérogène lorsque le catalyseur et les réactifs ne sont pas dans le même état physique.

Expérience

Introduire 15mL d’eau oxygénée ( 20V) dans 2 tubes à essais.
Dans le premier, introduire un fil de platine.
Dans le second, disque de platine.

Observations : 

La réaction est beaucoup plus rapide dans le tube 2

La réaction chimique a lieu à la surface du catalyseur ( adsorption)

Conclusion :

Lors d’une catalyse hétérogène, le catalyseur est d’autant plus actif, que sa surface est plus grande.




Dans l’industrie , les catalyseurs sont souvent sous forme de « mousse » ou de « toile »

( ici : mousse de silicium)

remarque : certains corps peuvent annuler le pouvoir d’un catalyseur : "poison d’un catalyseur" ( ex : plomb pour les pots d’échappement catalytiques )


4) Dismutation avec une catalyse enzymatique

Une catalyse est enzymatique lorsque le catalyseur est une enzyme, protéine élaborée par les organismes vivants.


Expérience

Introduire 15mL d’eau oxygénée ( 20V) dans 1 tube à essais puis quelques morceaux de pomme de terre

Observations : 

La réaction est beaucoup plus rapide dès que l’on introduit les morceaux de pomme de terre ( qui contient une enzyme : la catalase)

Les enzymes contiennent des sites actifs ( cavités ) dans lesquels les particules de réactif se fixent pour réagir. Plus le nombre de sites actifs est élevé, plus le catalyseur est efficace.
 

3.3 Sélectivité d’un catalyseur

1) Exemple

Quand on chauffe de l’éthanol :


on n’obtient pas la même réaction selon le catalyseur employé.

2) Sélectivité

Pour un système susceptible d’évoluer selon plusieurs réactions, le catalyseur n’accélère que l’une d’elles.
Donc, le chimiste peut décider de la transformation en choisissant judicieusement le catalyseur.

3.4 Réaction auto-catalysée

C’est une réaction qui produit elle même son propre catalyseur…par conséquent sa vitesse augmente avec le temps…