CATALYSE

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Mécanisme général de l'action des catalyseurs

Le mot catalyse a longtemps servi à cacher l'ignorance complète où se trouvaient les chimistes devant certains phénomènes inexplicables. L'action des catalyseurs entre en fait dans le cadre général de l'étude des mécanismes réactionnels, c'est-à-dire de la recherche des étapes successives par lesquelles les molécules des corps mis en réaction se transforment pour donner les produits finaux.

Ces étapes comportent chacune la rupture ou la formation d'un petit nombre de liaisons chimiques entre atomes, et mettent souvent en jeu des intermédiaires très instables et rarement isolables, comme les radicaux libres ou les ions.

La présence du catalyseur modifie le mécanisme réactionnel et ouvre à la transformation une voie souvent plus complexe mais finalement plus rapide, comportant des étapes à faible énergie d'activation. Cela n'est possible que dans la mesure où le catalyseur est lui-même un réactif pour une ou plusieurs de ces étapes, et un produit pour une ou plusieurs autres : il est donc constamment consommé et régénéré au cours de la catalyse, et il ne reste intact qu'en apparence. Cela est illustré schématiquement dans la figure 1.

Diagramme énergétique

Dessin : Diagramme énergétique

Dessin

Diagramme énergétique de l'action d'un catalyseur. En ordonnées, énergie du système ; en abcisses, grandeur indiquant le progrès de la réaction (reproduite de : J.-E. Germain, « Catalyse hétérogène », Dunod, 1959). 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Généralement, le catalyseur réagit avec les molécules de réactif les plus inertes (stables) et les fait entrer dans le cycle réactionnel ; c'est ce que l'on exprime en disant que le catalyseur active ces molécules. Ainsi, un catalyseur d'oxydation « active » la molécule d'oxygène, un catalyseur d'hydrogénation celle d'hydrogène. Cette activation comporte ou non une dissociation de la molécule activée. Les atomes du catalyseur sur lesquels portent ces réactions sont appelés centres actifs.

Les étapes ultérieures libèrent les centres actifs, qui deviennent ainsi à nouveau disponibles pour recommencer le cycle. Par exemple, la molécule à oxyder ou à hydrogéner réagit avec l'oxygène ou l'hydrogène lié au catalyseur. Elle peut elle-même avoir été au préalable activée par un processus semblable. La nature et la r [...]

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Diagramme énergétique

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Métaux de transition : structure

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Fer carbonyle butadiène

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Sel de Zeise

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Écrit par :

  • : ingénieur I.P.S.O.I., docteur ès sciences, directeur de recherche au C.N.R.S., au Centre de recherche rétrospective de Marseille, président de la Société française de bibliométrie appliquée
  • : professeur de chimie à l'université de Lyon-I-Claude-Bernard

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Pour citer l’article

Henri Jean-Marie DOU, Jean-Eugène GERMAIN, « CATALYSE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 15 janvier 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/catalyse/