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Catalyseur sur l'équilibre chimique

1850
Chimiste réalisant des expériences avec des catalyseurs dans un laboratoire d'époque, 1850.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Un catalyseur augmente la vitesse des réactions directes et inverses de manière équivalente en proposant une voie de réaction alternative avec une énergie d'activation plus faible. Bien qu'un catalyseur permette à un système d'atteindre l'équilibre beaucoup plus rapidement, il ne modifie pas la position de l'équilibre lui-même. Les concentrations à l'équilibre des réactifs et des produits, ainsi que la valeur de la constante d'équilibre K, restent inchangées.

Le rôle d'un catalyseur peut être visualisé à l'aide d'un diagramme de profil énergétique de réaction. Le catalyseur abaisse l'énergie de l'état de transition, qui correspond au sommet de la barrière énergétique entre les réactifs et les produits. De manière cruciale, il abaisse cette barrière de la même valeur pour les réactions directe et inverse. Cela signifie que l'énergie d'activation de la réaction directe (Ea,fwd) et celle de la réaction inverse (Ea,rev) sont toutes deux réduites, mais que leur différence, qui correspond à la variation d'enthalpie globale de la réaction (ΔH = Ea,fwd - Ea,rev), reste inchangée.

Since the equilibrium constant K is related to the standard Gibbs free energy change ([latex]\Delta G^{circ} = -RT \ln K[/latex]), and catalysts do not alter the thermodynamics ([latex]\Delta G^{circ}[/latex], [latex]\Delta H^{circ}[/latex]) of the overall reaction, they cannot change the value of K. Their role is purely kinetic, enabling the system to achieve the thermodynamically favorable equilibrium state in a shorter amount of time. This is vital in industrial processes where reaching equilibrium quickly is economically necessary, as many thermodynamically favorable reactions are too slow to be practical without catalyse.

UNESCO Nomenclature: 2209
- Chimie physique

Taper

Système abstrait

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Équation d'Arrhenius reliant la vitesse de réaction à l'énergie d'activation
  • concept d'énergie d'activation
  • premières observations de substances accélérant les réactions sans être consommées (par exemple, par Kirchhoff, Davy)

Applications

  • catalytic converters in automobiles to reduce harmful emissions
  • enzymes in biological systems acting as biocatalysts
  • Procédé Haber-Bosch utilisant un catalyseur au fer
  • procédé de contact utilisant un catalyseur à base d'oxyde de vanadium(v)
  • raffinage et craquage du pétrole

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • photocatalysts for water splitting to produce carburant à hydrogène
  • electrocatalysts for more efficient fuel cells and batteries
  • enzymes génétiquement modifiées pour la chimie verte et la production de biocarburants
  • nanocatalyseurs à grande surface pour une meilleure efficacité industrielle
  • catalyseurs à atome unique pour une efficacité et une sélectivité atomiques maximales
  • systèmes catalytiques pour le recyclage et la dégradation du plastique
  • enzymes artificielles (synzymes) pour thérapies médicales ciblées
  • catalyseurs pour la capture directe du CO2 dans l'air
  • matériaux auto-cicatrisants avec microcapsules catalyseur-réactif intégrées
  • systèmes de catalyse en tandem où plusieurs étapes catalytiques se produisent dans un seul pot
Voir aussi : catalyseur, équilibre, énergie d'activation, vitesse de réaction, cinétique, thermodynamique, constante d'équilibre, réaction directe, réaction inverse, enzyme.

Contexte historique

Catalyseur sur l'équilibre chimique

1847
1850
1850
1850
1850
1850
1851
1845
1850
1850
1850
1850
1850
1851
1852

(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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