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Remarque disambigua.svg homonymie - Si vous cherchez le composant du système d'échappement, voir Convertisseur catalytique.
cinétique chimique
La vitesse de réaction
Théorie collision
réaction élémentaire
molécularité
L'équation cinétique
ordre de réaction
constante de vitesse
équation Arrhenius
équation eyring
Transition État théorie
transition État
Mécanisme de réaction
L'énergie d'activation
approximation de régime permanent
Effet isotopique cinétique
catalyse
catalyseur
catalyse homogène
catalyse hétérogène
catalyseur de transfert de phase
catalyse enzymatique
photocatalyseur
autocatalyse
Activité catalytique
site actif
support catalytique
la désactivation du catalyseur
Catégorie: Cinétique chimique

un catalyseur est un espèces chimiques qui intervient au cours d'une réaction chimique qui, en modifiant la réaction du complexe activé, permet une diminution de l'énergie d'activation, ce qui augmente la vitesse, tout en restant inchangée à la fin de la même[1] (A la différence des réactifs, qui sont consommés comme le produit de réaction).

L'utilisation de catalyseurs provoque des processus qui se produiraient très lentement (par exemple années) être remplies et seront conclus relativement rapidement (par exemple, secondes, minutes ou heures). Au cours de la procédure de la réaction, le catalyseur peut progressivement perdre son efficacité (on parle dans ce cas de la désactivation du catalyseur), Par exemple en raison de le stress thermique (Dégradation thermique) ou en raison de l'intervention de substances qui se déposent sur elle, bloquant les centres actifs (encrassement) ou à un phénomène appelé empoisonnement.

L'augmentation de la vitesse est rendu possible grâce à la variation du mécanisme de réaction, ce qui implique donc un niveau différent (inférieur) de 'énergie d'activation (Énergie potentielle), qui doit être atteint pour faire en sorte que les réactifs évoluent alors spontanément vers le produit / s. L'effet est de nature à rendre les réactions possibles qui normalement ne décident pas de façon appréciable: les cas les plus flagrants ont biochimie, aussi bien dans le laboratoire génie biochimique, où enzymes augmenter la vitesse des réactions, y compris 1020 Parfois.

Les substances qui au lieu d'augmenter la vitesse de réaction diminuent celui-ci sont appelés catalyseurs négatifs[2] ou inhibiteurs.[3][4]

action

catalyseur
Schéma d'une réaction catalytique qui montre l'énergie nécessaire à différentes étapes le long de l'axe de temps (Les coordonnées de réaction). Les substrats requièrent normalement une quantité considérable d'énergie (pic rouge) afin d'atteindre l'état de transition, afin de réagir pour former le produit. La présence d'un catalyseur (tel qu'un enzyme) Crée un micro-environnement dans lequel les substrats peuvent atteindre l'état de transition (pic bleu) plus facilement, ce qui réduit la quantité d'énergie nécessaire. Être plus facile d'arriver à un état d'énergie plus faible, la réaction peut avoir lieu plus fréquemment et par conséquent la vitesse de réaction sera plus.

Un catalyseur, en général, de changer la "Mécanisme de réaction« De la réaction à laquelle elle participe via un chemin alternatif pour le réactif qui entre en compétition une énergie d'activation plus faible.

Le plus simple schéma d'une intervention de catalyseur C dans la réaction entre les deux composés A et B est:

A + C → AC
AC + B → AB + C

La réaction nette est toujours A + B → AB, tandis que C est régénéré à la fin de chaque cycle et ne se consume pas. Dans le cas où un composé présent dans 'environnement de réaction (Produit, solvant, etc.) se lie au catalyseur de façon permanente, il est appelé l'empoisonnement du catalyseur (ou désactiver), Faisant perdre son efficacité. Dans certains cas, une partie des poisons de catalyseur volontairement pour moduler l'efficacité, en permettant ainsi l'obtention d'intermédiaires de réaction par ailleurs pas être synthétisés.

la fréquence de rotation Elle définit la performance d'un catalyseur et est donnée par la formule

v est la vitesse de réaction et [Q] concentration molaire du catalyseur homogène. Dans le cas de catalyse hétérogène, Il apparaît dans le dénominateur la masse du catalyseur ou de son extension de surface.

est représentée Une classe particulière de catalyseurs par des catalyseurs de transfert de phase, comme eteri couronne, qui permettent la réaction entre les composés de phases distinctes, qui pourraient ne pas réagir autrement.

Les catalyseurs homogènes et hétérogènes

des catalyseurs homogènes

catalyseur
Structure d'un catalyseur de rhodium homogène typique utilisé dans le procédé de hydroformylation. est constitué par trois groupes Dans ce cas, le liant de triphénylphosphine sulfoné.

Un catalyseur est dit homogène si elle est dans le même phase des réactifs. L'avantage des catalyseurs homogènes est un meilleur contact avec les réactifs; en même temps, c'est un inconvénient, car il est difficile de séparer et récupérer le catalyseur à la fin de la réaction.

Etant donné que la molécule qui constitue le catalyseur homogène est exposé à des réactifs, ils présenteraient (si elle est utilisée en tant que telle) un haut activité catalytique et sélectivité faible. Pour remédier à cet inconvénient, souvent ils rejoignent les liants des catalyseurs, qui sont constitués par des groupes stériquement volumineux, qui diminuent le nombre de sites actifs mais augmenter sa sélectivité.

Un exemple d'un catalyseur homogène est donnée par la molécule chloro-tris (triphénylphosphine) -rodio (I) (répondant à la formule RhCl (PPh3)3), Également connu sous catalyseur de Wilkinson et utilisé pour 'hydrogénation en solution de alcènes. Dans le cas du catalyseur de Wilkinson, l'action du liant est effectuée par des groupes de triphénylphosphine.

des catalyseurs hétérogènes

catalyseur
L'hydrogénation de l'éthylène sur un catalyseur hétérogène
icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: catalyse hétérogène.

Un catalyseur est dit hétérogène sinon dans le même phase dans lequel les réactifs sont présents. Un catalyseur hétérogène est typiquement formé à partir d'un soutien (Neutre ou réactive), sur lequel ils sont positionnés le catalyseur réel, et éventuellement des composés pour prévenir frittage, en plus des promoteurs (substances qui agissent d'une manière particulière améliorer ou moduler la performance Catalytique).

Les particules hétérogènes de catalyseur ont une structure poreuse, puis la catalyse se produit à la fois sur la surface extérieure du catalyseur à la fois sur la surface intérieure. Cela provoque la surface disponible pour la échange de matière est plusieurs ordres de grandeur supérieure à celle qui se produirait si la structure de catalyseur hétérogène était compacte. Etant donné que la surface interne d'un catalyseur hétérogène est beaucoup plus zone étendue de sa surface extérieure, dans la phase de conception doit tenir compte du transport de la matière dans les pores du catalyseur.

Les catalyseurs hétérogènes sont plus vulnérables à l'empoisonnement par rapport à la catalyse homogène, puisqu'il suffit que la surface externe du catalyseur est empoisonné (par exemple en raison de encrassement) Pour rendre inutile toute la particule de catalyseur.

Les catalyseurs d'intérêt industriel

D'un point de vue pratique, l'utilisation principale des catalyseurs dans 'industrie chimique Il permet des conditions de réaction moins drastiques pour aller rapidement des réactions de synthèse. On estime qu'au moins 60% des substances sur le marché aujourd'hui nécessitent l'utilisation de catalyseurs à un certain stade dans leur synthèse.

Du point de vue chimique, les catalyseurs hétérogènes peuvent être regroupés comme suit:

Certains des catalyseurs hétérogènes les plus importants utilisés dans 'industrie chimique ils sont les suivants:

  • platine avec 10% rhodium (processus ostwald, production de acide nitrique)
  • le tétrachlorure de titane et composé organométallique de aluminium (procédé Ziegler-Natta, polymérisation de divers polymères)
  • l'oxyde de chrome (procédé Phillips, la polymérisation de du polyéthylène)
  • la zéolite ZSM-5 (conversion des hydrocarbures,décomposition NOx)
  • la silicoalluminofosfati SAPO (conversion des hydrocarbures)
  • pentoxyde de vanadium (Production de l'anhydride phtalique)

Des exemples de catalyseurs homogènes d'intérêt industriel:

biocatalyseurs

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: catalyse enzymatique, enzyme et ribozyme.

Comme biocatalyseurs sont les catalyseurs qui agissent dans des réactions biochimiques, habituellement des protéines (enzymes,[5] parfois abzymes), Rarement ARN (ribozymes). Même dans le cas de biocatalyseurs vous pouvez utiliser un promoteur de catalyse nommée cofacteur de type effecteur, des substrats de support et ont différents immobilisation de cellules ou de techniques de catalyseurs peuvent être empoisonnés par un cofacteur de Type inhibiteur de l'enzyme. Les enzymes peuvent catalyser de nombreux types de réactions chimiques, et chaque type d'enzyme est spécifique pour un type de réaction. Les réactions ont lieu avec une grande vitesse grâce à la spécificité de enzymes, certaines enzymes sont proches perfection catalytique. La partie de la molécule réagissant avec laquelle ces catalyseurs enzymatiques ont une spécificité est appelée substrat. Il forme alors un complexe enzyme-substrat, dont la formation est due à des interactions faibles de type électrostatique ou des liaisons covalentes. Pas tout l 'enzyme Il est intéressé par la formation du complexe enzyme-substrat, mais seulement une partie de ladite site actif. En fonction des conditions de flexibilité entre enzyme et le substrat subira différents degrés de spécificité: absolu, le groupe, le collage, la stéréochimie.

catalyse environnementale

Les catalyseurs utilisés dans pots d'échappement tout voitures Ils sont formés à partir de métaux nobles (généralement platine et rhodium) Dispersé sur un support en céramique, formé par oxyde de cérium et l'oxyde de zirconium. Ils favorisent l'oxydation simultanée de carburant imbrûlés et le monoxyde de carbone à le dioxyde de carbone et eau, et la réduction des oxydes d'azote azote et de l'eau. Compte tenu des activités contemporaines sur trois réactions, ils sont appelés catalyseurs à trois voies (TWC).

notes

bibliographie

  • Paolo Silvestroni, Principes fondamentaux de la chimie, 10e éd., CEA, 1996 ISBN 88-408-0998-8.
  • Marco D'Ischia, Le laboratoire de chimie organique, Piccin, 2002 ISBN 88-299-1621-8.

Articles connexes

D'autres projets

  • Livre ouvert Nae 02.svg Cet article est inclus dans le livre wikipedia cinétique chimique.

liens externes

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