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Catalyse

1835
  • Jöns Jacob Berzelius
Chimiste réalisant une expérience de catalyse dans un laboratoire historique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

La catalyse est le processus d'augmentation de la vitesse d'une réaction chimique par l'ajout d'une substance appelée catalyseur. Les catalyseurs ne sont pas consommés dans la réaction et restent inchangés. Ils agissent en fournissant une voie de réaction alternative avec une énergie d'activation plus faible ([latex]E_a[/latex]), accélérant ainsi les réactions avant et arrière sans altérer la thermodynamique globale ([latex]\Delta H[/latex]).

Le principe fondamental de la catalyse réside dans sa capacité à modifier la cinétique d'une réaction chimique sans en affecter la thermodynamique. Un catalyseur introduit un nouveau mécanisme réactionnel, impliquant souvent une ou plusieurs étapes intermédiaires. Pour une réaction A + B → C, un catalyseur C’ peut participer comme suit : A + C’ → AC’ puis AC’ + B → C + C’. Le catalyseur C’ est régénéré à la fin du processus. Cette voie alternative présente une énergie d'état de transition inférieure à celle de la réaction non catalysée. L'équation d'Arrhenius, [latex]k = Ae^{-E_a/(RT)}[/latex], montre qu'une énergie d'activation plus faible ([latex]E_a[/latex]) entraîne une augmentation exponentielle de la constante de vitesse de la réaction (k). Il est important de noter que le catalyseur ne modifie pas le changement d'énergie libre de Gibbs ([latex]\Delta G[/latex]) ou la constante d'équilibre ([latex]K_{eq}[/latex]) de la réaction. Elle n'affecte que la vitesse à laquelle l'équilibre est atteint. Ce concept a été formellement décrit pour la première fois par Jöns Jacob Berzelius en 1835, qui a observé que certaines substances pouvaient accélérer les réactions sans être consommées, inventant le terme “catalyse” à partir de mots grecs signifiant “dissoudre” ou “décomposer”.

Ce principe est illustré par des diagrammes de coordonnées de réaction, où la voie catalysée présente un pic d'énergie (état de transition) plus faible que la voie non catalysée. Si la différence d'énergie globale entre les réactifs et les produits reste identique, la barrière énergétique à franchir est considérablement réduite. Cela permet à une plus grande fraction de molécules réactives de posséder suffisamment d'énergie pour réagir lors d'une collision, ce qui accélère la réaction à une température donnée.

UNESCO Nomenclature: 2202
- Chimie physique

Taper

Procédé chimique

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • les concepts alchimiques de la pierre philosophale
  • observations de la fermentation par Louis Pasteur
  • Travaux de Humphry Davy sur l'effet du platine sur la combustion des gaz
  • découverte du chlore par Carl Wilhelm Scheele, qui a ensuite trouvé une utilisation dans des réactions catalysées

Applications

  • synthèse chimique industrielle (par exemple, ammoniac, acide sulfurique)
  • raffinage du pétrole
  • production de polymères
  • contrôle de la pollution (convertisseurs catalytiques)
  • fabrication pharmaceutique

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

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Voir aussi : catalyse, catalyseur, énergie d'activation, vitesse de réaction, cinétique chimique, thermodynamique, voie de réaction, Jöns Jacob Berzelius, équilibre, état de transition.

Contexte historique

Catalyse

1831
1832
1834
1835
1838
1841
1845
1831
1831
1833
1834
1836
1839-01-01
1842
1847

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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