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CATALYSE

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Catalyse homogène

Par définition, le catalyseur est dissous dans le gaz, le liquide ou le solide dans lequel se produit la réaction catalysée. C'est donc un corps à l'état moléculaire, que l'on connaît bien puisque l'opérateur lui-même l'a placé dans le mélange.

Dans un gaz, le catalyseur est forcément une molécule assez simple, ce qui permet de supposer qu'on expliquera facilement le mécanisme : en effet, une molécule très complexe et très lourde ne peut passer facilement à l'état gazeux. En solution, le catalyseur peut être beaucoup plus complexe, et la nature du solvant joue un rôle déterminant. Un cas extrême est celui de la catalyse par les enzymes des principales réactions chimiques accompagnant le fonctionnement des organismes vivants (digestion, respiration). L'activité et la sélectivité de ces catalyseurs naturels dépassent de très loin celles de tous les catalyseurs connus. Leur dimension est telle que l'on se trouve à la limite entre catalyse homogène et hétérogène (plusieurs milliers de fois celle des molécules qu'ils activent).

Mécanisme

On peut assez souvent, dans les cas simples, séparer la réaction catalytique en deux parties, la première consommant le catalyseur et la deuxième le régénérant. C'est même là un moyen général de « fabriquer » des réactions catalytiques.

Ainsi, vers 600 0C, la vapeur d'iode s'empare de l'hydrogène des alcanes pour former de l'acide iodhydrique et des alcènes ou des hydrocarbures dérivés du benzène, de rapport H/C plus faible. D'autre part, l'oxygène attaque l'acide iodhydrique en lui arrachant son hydrogène, pour former de l'eau et de l'iode. On conçoit que, dans les conditions choisies pour que ces deux réactions aient lieu à la même vitesse, l'iode soit un catalyseur de déshydrogénation des alcanes par l'oxygène, puisque :

Le bilan de l'opération ne fait plus apparaître l'iode, conformément aux principes de la catalyse. Remarquons qu'en l'absence de catalyseur le butane donne dans les mêmes conditions un mélange complexe de produits de craquage et de combustion inutilisable : la sélectivité est fortement améliorée par l'iode, lorsque le produit désiré est le butadiène, matière première importante des caoutchoucs synthétiques.

L'une des plus anciennes fabrications de l'industrie chimique, celle de l'acide sulfurique par le procédé des chambres de plomb, illustre la catalyse d'oxydation du gaz sulfureux par l'air en présence d'oxyde azotique (Clément et Desormes, 1806), schématisée de la même façon :

Les deux réactions mises en jeu sont connues et rapides dès la température ambiante, alors que l'oxydation directe du gaz sulfureux par l'air est extrêmement lente à la température des chambres, voisine de 60 0C.

Le problème technique le plus sérieux qui se pose dans ces catalyses est la récupération du catalyseur et la ré-injection dans le réacteur, car toute perte doit être compensée par l'addition de catalyseur frais, ce qui grève le prix de revient du produit. Dans les exemples précédents, l'iode peut être séparé de l'hydrocarbure par lavage à l'eau alcalinisée, tandis que l'oxyde azotique est retenu par lavage à l'acide sulfurique de l'air en excès sortant des chambres de plomb (tour de Gay-Lussac)... Cette recirculation du catalyseur complique beaucoup la technologie de la réaction catalysée.

Au point de vue scientifique, les schémas précédents ne sont qu'une ébauche très sommaire des mécanismes réactionnels, car chacune des deux réactions écrites comporte en fait plusieurs étapes.

Les acides et les bases

Les acides et les bases sont les plus simples des catalyseurs de la phase liquide, et les plus anciennement connus.[...]

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Écrit par

  • Henri Jean-Marie DOU : 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
  • Jean-Eugène GERMAIN : professeur de chimie à l'université de Lyon-I-Claude-Bernard

Classification

Pour citer cet article

Henri Jean-Marie DOU, Jean-Eugène GERMAIN, « CATALYSE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le . URL :

Médias

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Diagramme énergétique de l'action d'un catalyseur. En ordonnées, énergie du système ; en abcisses,…

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Fer carbonyle butadiène

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Fer carbonyle butadiène (structure pyramidale)

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Autres références

  • ABZYMES

    • Écrit par Joël CHOPINEAU, Universalis, Alain FRIBOULET, Sabine PILLE, Daniel THOMAS
    • 914 mots

    Le concept d'anticorps catalytique, ou abzyme (contraction d’antibody et enzyme), fut énoncé dès les années 1940 par Linus Pauling. S’appuyant sur le fait que la réaction chimique de transformation d'une molécule en une autre passe par un état de transition, qui représente...

  • ACIDES & BASES

    • Écrit par Yves GAUTIER, Pierre SOUCHAY
    • 10 880 mots
    • 7 médias
    Certaines réactions sont accélérées par la présence de substances étrangères (fréquemment il suffit de très faibles quantités), que l'on trouve inchangées en fin de réaction et que l'on nomme catalyse urs. Lorsqu'en solution le catalyseur est constitué par les ions H+ ou OH...

  • ANTIOXYGÈNES

    • Écrit par Robert PANICO
    • 2 059 mots
    • 2 médias
    ...irradiation ultraviolette  : l'absorption d'énergie lumineuse par la substance autoxydable facilite la rupture de la liaison R—H ; — par action de catalyseurs  : les peroxydes organiques, en particulier le peroxyde de benzoyle, fournissent, par décomposition thermique, des radicaux...

  • ARGILES

    • Écrit par Daniel BEAUFORT, Maurice PAGEL
    • 2 336 mots
    • 7 médias
    L' origine de la vie pourrait se trouver dans les propriétés catalytiques des surfaces des minéraux argileux qui auraient favorisé la polymérisation de molécules organiques complexes capables de donner naissance à des structures moléculaires aussi complexes que l'ARN. Les phyllosilicates...

  • ARN (acide ribonucléique) ou RNA (ribonucleic acid)

    • Écrit par Marie-Christine MAUREL
    • 2 440 mots
    • 2 médias
    ...les plus évidentes d'un ancien monde de l'ARN. Quant à l'ARN ribosomal (ARNr) sa structure secondaire type est aussi remarquablement conservée. Les conformations globales qui compactent cette molécule en différents domaines favorisent la catalyse, par l'ARN ribosomal lui-même, du lien peptidique...
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