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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)

Catalysis is the process of increasing the rate of a chemical reaction by adding a substance known as a catalyseur. Catalysts are not consumed in the reaction and remain unchanged. They work by providing an alternative reaction pathway with a lower activation energy ([latex]E_a[/latex]), thereby accelerating both the forward and reverse reactions without altering the overall thermodynamics ([latex]\Delta H[/latex]).

The fundamental principle of catalysis lies in its ability to alter the kinetics of a chemical reaction without affecting its thermodynamics. A catalyseur introduces a new reaction mechanism, often involving one or more intermediate steps. For a reaction A + B → C, a catalyst C’ might participate as follows: A + C’ → AC’ and then AC’ + B → C + C’. The catalyst C’ is regenerated at the end of the process. This alternative pathway has a lower transition state energy compared to the uncatalyzed reaction. The Arrhenius equation, [latex]k = Ae^{-E_a/(RT)}[/latex], shows that a lower activation energy ([latex]E_a[/latex]) leads to an exponential increase in the reaction rate constant (k). Importantly, the catalyst does not change the Gibbs free energy change ([latex]\Delta G[/latex]) or the equilibrium constant ([latex]K_{eq}[/latex]) of the reaction. It only affects the speed at which equilibrium is reached. This concept was first formally described by Jöns Jacob Berzelius in 1835, who observed that certain substances could accelerate reactions without being consumed, coining the term “catalysis” from Greek words meaning “to dissolve” or “to break down”.

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

  • matériaux auto-cicatrisants avec capsules de catalyseur intégrées
  • catalyseurs intelligents qui s'activent uniquement dans des conditions de lumière ou de pH spécifiques
  • catalytic systems for captage direct de l'air of co2
  • réacteurs catalytiques miniaturisés pour la synthèse chimique à la demande dans l'espace
  • catalyseurs conçus par apprentissage automatique pour décomposer les polluants persistants
  • catalyseurs biocompatibles pour la synthèse in vivo de médicaments thérapeutiques
  • surfaces catalytiques qui empêchent la formation de biofilm
  • catalyseurs permettant de convertir directement les déchets plastiques en produits chimiques de grande valeur
  • catalyseurs photo-réactifs pour la séparation de l'eau à l'énergie solaire
  • catalytic nanoparticles for targeted cancer therapy
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)

10e année anniversaire

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