CATALYSE

Carte mentale

Élargissez votre recherche dans Universalis

Catalyse hétérogène

L'action d'un solide qui reste en apparence inaltéré sur la vitesse des réactions chimiques dans un gaz ou un liquide à son contact est restée longtemps inexplicable et hétérogène. C'est pourquoi la catalyse hétérogène, ou catalyse de contact, a été pendant longtemps traitée indépendamment de la catalyse homogène. L'ignorance de la nature physicochimique exacte d'un solide et de sa structure ajoutait à la difficulté ; le catalyseur solide ressemblait assez à la « pierre philosophale », qu'on pensait capable de transmuter en or plusieurs millions de fois son poids de vil métal. Les applications industrielles de la catalyse par les solides ont été développées, bien avant que leurs études scientifiques aient abouti à des résultats positifs, et ce fait n'a pas peu contribué à prolonger jusqu'à nos jours cette attitude d'esprit peu rationnelle.

Catalyse hétérogène

Dessin : Catalyse hétérogène

Exemple de catalyse hétérogène. Étapes successives lors de la catalyse (hétérogène) de l'hydrogénation de l'éthylène C2H4 en éthane C2H6

Crédits : Encyclopædia Universalis France

Afficher

Cependant, dès le début du xxesiècle, les chimistes et les physiciens s'accordaient à reconnaître la nature chimique de la catalyse de contact.

Sabatier écrivait en 1911 : « La catalyse nous semble donc en général résulter de phénomènes purement chimiques accomplis grâce à la présence du catalyseur qui donne, avec l'un des éléments du système primitif, une combinaison temporaire instable dont la destruction ou la réaction rapide sur les autres éléments déterminent la transformation du système, le catalyseur étant régénéré semblable à lui-même, capable de poursuivre indéfiniment le même effet. » Ce point de vue était opposé à l'explication dite « physique » de la catalyse par l'adsorption dans les pores du solide, qui provoquerait une concentration locale élevée de réactifs. Nous savons maintenant que les phénomènes d'adsorption sont complexes, et qu'il faut distinguer la rétention des molécules à la surface de tous les solides par des forces de Van der Waals analogues aux forces qui s'exercent entre les molécules d'un gaz ou d'un liquide – forces faibles et peu spécifiques – de l'adsorption chimique qui est très énergique et très spécifique, car elle crée des liaisons chimiques entre la molécule et les atomes superficiels du solide. Cette chimisorption crée les combinaisons temporaires instables dont parle Sabatier, et active la molécule, qui reste dans son état normal lors de l'adsorption purement physique. Langmuir écrivait vers la même époque :

« Les atomes formant la surface d'un solide sont liés à ceux des couches inférieures par des forces semblables à celles qui s'exercent entre les atomes de la partie interne. Depuis les travaux de Bragg sur la structure cristalline corroborés par de nombreuses autres considérations nous savons que ces forces sont de nature chimique. Dans la couche superficielle, à cause de l'asymétrie des conditions, l'arrangement des atomes doit être toujours légèrement différent de celui de l'intérieur. Ces atomes sont chimiquement insaturés et donc environnés d'un intense champ de forces. »

« D'autres considérations m'amenèrent à penser que, lorsque les molécules de gaz entrent en collision avec n'importe quelle surface solide ou liquide, elles ne rebondissent pas en général de façon élastique mais se condensent à la surface, étant retenues par le champ de forces des atomes de cette surface. Ces molécules peuvent ensuite s'évaporer. Le temps qui s'écoule entre la condensation d'une molécule et son évaporation dépend de l'intensité des forces superficielles. L'adsorption est le résultat direct de cet intervalle de temps. Si les forces superficielles sont relativement intenses, l'évaporation aura lieu à une vitesse négligeable, si bien que la surface du solide sera complètement recouverte d'une couche de molécules. Dans le cas d'une adsorption vraie, cette couche n'aura en général pas plus d'une molécule d'épaisseur, car aussitôt que la surface est recouverte d'une monocouche, les forces superficielles sont chimiquement saturées » (1915-1918). La notion de centre actif superficiel se trouve aussi dans les écrits de Langmuir.

Les faces planes d'un cristal doivent être constituées d'atomes formant un réseau plan régulier. La surface des cristaux ressemble donc dans une certaine mesure à un damier.

Quand les molécules de gaz sont adsorbées par une telle surface, elles adoptent des positions définies par rapport au réseau de la surface et tendent ainsi à former par-dessus un nouveau réseau.

Par conséquent, une surface unitaire de n'importe quelle surface cristalline a un nombre défini « d'espaces élémentaires » [...]

1  2  3  4  5
pour nos abonnés,
l’article se compose de 13 pages

Médias de l’article

Diagramme énergétique

Diagramme énergétique
Crédits : Encyclopædia Universalis France

graphique

Métaux de transition : structure

Métaux de transition : structure
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Fer carbonyle butadiène

Fer carbonyle butadiène
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Sel de Zeise

Sel de Zeise
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Afficher les 8 médias de l'article


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

Classification

Autres références

«  CATALYSE  » est également traité dans :

ABZYMES

  • Écrit par 
  • Joël CHOPINEAU, 
  • Alain FRIBOULET, 
  • Sabine PILLE, 
  • Daniel THOMAS
  • , Universalis
  •  • 1 035 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 une barrière énergétique à franchir, Pauling suggéra qu'une enzyme, pour favoriser une réaction, abaisse cette barrière én […] Lire la suite

ACIDES & BASES

  • Écrit par 
  • Yves GAUTIER, 
  • Pierre SOUCHAY
  •  • 12 613 mots
  •  • 7 médias

Dans le chapitre « Catalyse acido-basique »  : […] 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 — , on dit qu'il y a « catalyse acidobasique ». Un des exemples les plus anciennement connus est l'inversion du sucre (tra […] Lire la suite

ANTIOXYGÈNES

  • Écrit par 
  • Robert PANICO
  •  • 2 343 mots
  •  • 2 médias

Dans le chapitre « Catalyse »  : […] La scission homolytique de la liaison R—H d'un composé autoxydable peut être obtenue de diverses manières : –  par 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 radic […] Lire la suite

ARGILES

  • Écrit par 
  • Daniel BEAUFORT, 
  • Maurice PAGEL
  •  • 2 646 mots
  •  • 7 médias

Dans le chapitre « Argiles et origine du monde vivant »  : […] 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 auraient alors non seulement fourni les surfaces catalytiques nécessaires à la synthèse des molécules complexe […] Lire la suite

ARN (acide ribonucléique) ou RNA (ribonucleic acid)

  • Écrit par 
  • Marie-Christine MAUREL
  •  • 2 764 mots
  •  • 2 médias

Dans le chapitre « Des fossiles moléculaires à ARN ? »  : […] Ce qui est réalisable in vitro dans nos laboratoires a-t-il pu se produire il y a 3,8 milliards d'années ? Personne ne peut l'affirmer, mais il est clair que, à partir de toutes ces données, on peut aujourd'hui dessiner le contour d'un hypothétique scénario de ce que furent les étapes clés de l'histoire naturelle du vivant. Certains virus à ARN présentent des motifs catalytiques agissant au cours […] Lire la suite

CATALYSEURS MÉTALLOCÈNES

  • Écrit par 
  • Roger SPITZ
  •  • 2 051 mots
  •  • 5 médias

Dans le chapitre « Les métallocènes  »  : […] L'une des approches les plus productives à l'échelle du laboratoire pour contrôler l'enchaînement des unités de monomères est l'utilisation de composés organométalliques, plus précisément le développement de la catalyse par des complexes de coordination, c'est-à-dire des composés capables de s'associer avec les monomères pour les activer. Au cours des années 1990, cette méthode est passée du labor […] Lire la suite

CHIMIE - Histoire

  • Écrit par 
  • Élisabeth GORDON, 
  • Jacques GUILLERME, 
  • Raymond MAUREL
  •  • 11 167 mots
  •  • 7 médias

Dans le chapitre « La chimie des interfaces »  : […] Elle concerne toutes les réactions et plus généralement tous les phénomènes qui s'effectuent à l' interface de deux milieux : liquide-solide, solide-solide, solide-gaz. Elle joue un très grand rôle en biologie ainsi que dans de nombreux domaines de la chimie (catalyse hétérogène, électrochimie, science des matériaux, membranes, problèmes d'adhésion, de collage, etc.). La catalyse hétérogène conce […] Lire la suite

CHIMIE - La chimie aujourd'hui

  • Écrit par 
  • Pierre LASZLO
  •  • 10 834 mots
  •  • 3 médias

Dans le chapitre « Catalyse hétérogène »  : […] Les réactants et le catalyseur se trouvent dans des phases distinctes (d'où le qualificatif « hétérogène ») : un catalyseur solide et des réactants le plus souvent en phase gazeuse. Ainsi, les molécules gazeuses diffusent jusqu'à ce qu'elles s'adsorbent (s'accrochent) à des atomes à la surface du catalyseur. On assiste alors à l'affaiblissement ou à la rupture de liaisons chimiques dans les mol […] Lire la suite

CHIMIE - Chimie durable

  • Écrit par 
  • Hagop DEMIRDJIAN
  •  • 2 942 mots
  •  • 3 médias

Dans le chapitre « La catalyse : pilier de la chimie verte »  : […] La catalyse joue un rôle central dans la chimie moderne et est considérée comme le pilier de la chimie verte. En effet, elle permet de réduire la consommation d'énergie, ce qui présente un intérêt économique et environnemental, de diminuer les efforts de séparation, puisqu'elle augmente la sélectivité des réactions, et de diminuer la quantité de réactifs utilisés. La synthèse de l'ibuprofène est […] Lire la suite

CINÉTIQUE CHIMIQUE

  • Écrit par 
  • Lucien SAJUS
  •  • 9 664 mots
  •  • 6 médias

Dans le chapitre « Schéma réactionnel »  : […] Le fait que les réactifs interviennent dans l'équation cinétique par des relations plus ou moins complexes, qui souvent ne sont plus représentables par un ordre, indique bien que la plupart des réactions ne se ramènent pas à un acte unique entre les diverses molécules présentes dans l'équation stœchiométrique, mais se réalisent par un enchaînement d'étapes élémentaires : cet ensemble constitue l […] Lire la suite

Voir aussi

Pour citer l’article

Henri Jean-Marie DOU, Jean-Eugène GERMAIN, « CATALYSE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 23 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/catalyse/