Definition
Un catalyseur est une espece chimique qui augmente la vitesse d'une reaction chimique sans etre consommee par cette reaction. Il est retrouve intact a la fin. Le catalyseur agit en abaissant l'energie d'activation (Ea) de la reaction.
Important : un catalyseur ne modifie ni l'equilibre thermodynamique, ni l'enthalpie de la reaction. Il accelere autant la reaction directe que la reaction inverse. Il ne rend pas possible une reaction qui ne l'est pas thermodynamiquement.
Un inhibiteur est le contraire d'un catalyseur : il ralentit la reaction. Les conservateurs alimentaires (antioxydants) sont des inhibiteurs.
Catalyse homogene
En catalyse homogene, le catalyseur est dans la meme phase que les reactifs (generalement en solution).
Decomposition de H₂O₂ par Fe²⁺
Les ions fer(II) catalysent la decomposition de l'eau oxygenee en solution aqueuse :
Etape 2 : H₂O₂ + Fe³⁺ → Fe²⁺ + H⁺ + HO₂•
Bilan : 2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂
Fe²⁺ est regenere : c'est bien un catalyseur.
Esterification acido-catalysee
L'acide sulfurique H₂SO₄ catalyse la reaction entre un acide carboxylique et un alcool pour former un ester. Le H⁺ est regenere en fin de reaction.
Catalyse heterogene
En catalyse heterogene, le catalyseur est dans une phase differente des reactifs (souvent un solide avec des reactifs gazeux ou en solution). La reaction se passe a la surface du catalyseur.
Pot catalytique (Pt, Pd, Rh)
Les metaux precieux a la surface d'un support ceramique catalysent la conversion des gaz toxiques : CO → CO₂, NOx → N₂, hydrocarbures → CO₂ + H₂O.
Synthese de l'ammoniac (procede Haber)
Le fer finement divise catalyse cette reaction a 450 °C et 200 atm. Sans catalyseur, la reaction serait beaucoup trop lente pour etre industriellement viable.
Hydrogenation des huiles (Ni)
Le nickel catalyse l'addition de H₂ sur les doubles liaisons C=C des acides gras insatures, transformant les huiles liquides en graisses solides (margarine).
Catalyse enzymatique
Les enzymes sont des catalyseurs biologiques (proteines) d'une efficacite remarquable. Elles sont hautement specifiques : chaque enzyme ne catalyse qu'une reaction precise.
Amylase salivaire : catalyse l'hydrolyse de l'amidon en maltose dans la bouche. Active a pH ~7 et 37 °C.
Catalase : decompose H₂O₂ en H₂O + O₂ a la vitesse de 40 millions de molecules par seconde. C'est l'une des enzymes les plus rapides.
Modele cle-serrure : le substrat (cle) s'insere dans le site actif de l'enzyme (serrure). La forme complementaire explique la specificite.
Applications dans la vie quotidienne
Lessives enzymatiques
Les lessives contiennent des proteases (degradent les proteines), lipases (graisses) et amylases (amidon) pour nettoyer efficacement a basse temperature.
Fabrication du yaourt
Les bacteries lactiques contiennent des enzymes qui transforment le lactose du lait en acide lactique, faisant coaguler les proteines.
Depollution automobile
Le pot catalytique (Pt/Pd/Rh) convertit 95% des polluants (CO, NOx, HC) en produits inoffensifs (CO₂, N₂, H₂O).
Couche d'ozone
Les CFC (chlorofluorocarbones) liberent du Cl qui catalyse la destruction de l'ozone : Cl + O₃ → ClO + O₂. Un atome de Cl detruit ~100 000 molecules d'O₃.
Ce qu'il faut retenir
- 1. Un catalyseur accelere la reaction en abaissant Ea, sans etre consomme.
- 2. Homogene : meme phase. Heterogene : phases differentes. Enzymatique : biocatalyseur.
- 3. Il ne modifie ni l'equilibre ni l'enthalpie de la reaction.
- 4. Les enzymes sont des catalyseurs biologiques specifiques et tres efficaces.
- 5. Applications : pot catalytique, synthese industrielle, lessives, alimentation.
