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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.

Étant donné que la constante d'équilibre K est liée à la variation standard de l'énergie libre de Gibbs ([latex]\Delta G^{circ} = -RT \ln K[/latex]) et que les catalyseurs ne modifient pas la thermodynamique ([latex]\Delta G^{circ}[/latex], [latex]\Delta H^{circ}[/latex]) de la réaction globale, ils ne peuvent pas modifier la valeur de K. Leur rôle est purement cinétique, permettant au système d'atteindre l'état d'équilibre thermodynamiquement favorable en un temps plus court. Ceci est vital dans les processus industriels où il est économiquement nécessaire d'atteindre rapidement l'équilibre, car de nombreuses réactions thermodynamiquement favorables sont trop lentes pour être réalisables sans 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

  • convertisseurs catalytiques dans les automobiles pour réduire les émissions nocives
  • enzymes dans les systèmes biologiques agissant comme biocatalyseurs
  • 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

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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
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1851
1845
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1851
1852

(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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