Fiche de physique - chimie
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La catalyse

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I. Définition et propriétés

La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique.
Un catalyseur est une espèce qui augmente la vitesse de la réaction sans modifier l'état final du système.


Il permet de contrôler l'évolution d'un système chimique: un catalyseur a un rôle purement cinétique (cela signifie qu'il ne peut accélérer qu'une réaction qui peut avoir lieu sans lui). Il doit être spécifique de la réaction pour que la transformation devienne plus rapide, mais le système évolue vers un même état final.
Un catalyseur est sélectif si, à partir d'un système initial susceptible d'évoluer selon plusieurs réactions, il accélère préférentiellement l'une d'elles.
On dénombre trois catégories de catalyse (en terminale):
homogène
hétérogène
enzymatique


II. Catalyse homogène

On dit que la catalyse est homogène si le catalyseur appartient à la phase des réactifs.


Dans ce type de catalyse, le catalyseur participe à la transformation chimique. Il est transformé en une autre espèce chimique puis régénéré.
Le catalyseur n'entre pas dans l'écriture de l'équation.

Exemple: dismutation de l'eau oxygénée catalysée par les ions ferrique:
La réaction se fait en deux étapes:
2Fe3+ + H2O2 fleche 2Fe2+ + 2H+ + O2 (1)
2Fe2+ + 2H+ + H2O2 fleche 2Fe3+ + 2H2O (2)
En ajoutant (1) et (2) on retrouve l'équation de la réaction. Le catalyseur n'apparaît pas :
2H2O2 fleche 2H2O + O2.


III. Catalyse hétérogène

On dit qu'une catalyse est hétérogène si le catalyseur et les réactifs n'appartiennent pas à la même phase.


Dans une catalyse hétérogène la réaction se produit à la surface du catalyseur et l'efficacité d'un catalyseur dépend de la surface disponible.
Ce mécanisme se déroule en trois étapes successives:
les molécules, avec l'agitation thermique, vont se lier à la surface du catalyseur: elles s'adsorbent, fragilisant les molécules;
les liaisons dans les molécules étant fragilisées, la réaction se fait plus aisément;
les produits formés à la surface: on dit qu'ils se désorbent.

Exemple:
synthèse de l'eau à partir du dihydrogène et du dioxygène sous l'action du platine (Pt):
La catalyse : image 1

Craquage catalytique: A une température de 500°C et en présence de silicates naturels, certaines molécules d'alcanes à chaînes longues se transforment en molécules d'alcanes et d'alcènes à chaînes plus courtes.
Reformage catalytique: A 500°C et en présence de platine, on modifie la structure des hydrocarbures des essences légères pour améliorer l'indice d'octane.


IV. Catalyse enzymatique

La catalyse est enzymatique lorsque le catalyseur est une enzyme, c'est-à-dire une protéine élaborée par les systèmes vivants.


Il s'agit à la fois d'une catalyse homogène car le catalyseur et les réactifs du milieu biologique ne forment qu'une seule phase aqueuse, et d'une catalyse hétérogène du fait du mode d'action (présence d'un site actif).

Exemple: Les enzymes digestives réalisent une rupture des grosses molécules de l'alimentation.


V. Synthèse

Le catalyseur a un rôle purement cinétique: il ne peut accélérer que des réactions qui sont naturellement possibles. Dans le cas d'une réaction d'équilibre, le catalyseur agit à la fois sur la réaction directe et sur la réaction indirecte.
La catalyse est un phénomène spécifique car le catalyseur agit sur une réaction déterminée, et une réaction donnée ne peut être accélérée que part un nombre restreint de catalyseur.
Remarque: Pour une catalyse homogène, l'ion oxonium (H3O+) peut catalyser beaucoup de réactions.
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