Catalyse homogène, hétérogène et enzymatique
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• Quels sont les types de catalyses ?
• Comment le catalyseur intervient-il dans la transformation ?
• Le catalyseur peut être un solide, un liquide ou plus rarement un gaz.
• Le catalyseur ne figure pas dans l’équation de la réaction ; il n’influence pas le sens d’évolution de la transformation, ni la composition du système dans l’état final.
• Le catalyseur est spécifique à une réaction donnée.
Par exemple, le cuivre est catalyseur des réactions de déshydrogénation (élimination d’une molécule de dihydrogène) des aldéhydes et des cétones, mais ne catalyse pas les réactions de déshydrogénation des alcanes.
• Une même réaction chimique peut être catalysée par différents types catalyseurs.
L’eau oxygénée se décompose lentement. Au cours de cette transformation, il se forme de l’eau et du dioxygène gazeux selon l’équation :
On remarque que la quantité d’eau oxygénée décroît plus rapidement en présence d’un catalyseur que sans catalyseur. La vitesse de la réaction augmente en présence d’un catalyseur.
• La vitesse de la réaction augmente lorsque la concentration (molaire ou massique) en catalyseur augmente.
• Le catalyseur intervient au cours de la transformation chimique, mais il est régénéré tout au long de la réaction : on le trouve quasiment intact en fin de réaction.
Exemple :
La réaction de décomposition de l'eau oxygénée peut être catalysée par les ions fer (III) en solution aqueuse.
On la représente par :
.Au cours de cette transformation, la couleur orange des ions fer (III) en solution disparaît puis réapparaît : les ions fer (III) ont participé à la transformation mais ont été régénérés en fin de réaction.
La vitesse de la réaction augmente lorsque l’état de division du catalyseur augmente.
• En effet, plus la surface de contact entre le catalyseur et les réactifs est élevée, et plus la réaction est rapide. On utilise généralement un catalyseur en poudre ou en mousse plutôt qu’en fil ou en lame.
Exemple :
La réaction de décomposition de l'eau oxygénée peut être catalysée par le platine solide en solution aqueuse.
On la représente par :
Le platine n’est pas consommé. Le fil de platine n’est pas altéré par la réaction
• Une enzyme est une protéine élaborée par un être vivant qui contient un site actif.
Exemple :
La réaction de décomposition de l'eau oxygénée peut être catalysée par la catalase, enzyme présente dans le sang ou dans le navet. On la représente par :
Exemple :
La réaction d’oxydoréduction entre les ions permanganate et l’acide oxalique est catalysée par les ions manganèse formés au cours de la réaction.
On la représente par :
• Mais la catalyse est aussi utilisée dans de très nombreux autres domaines tels que :
- le raffinage pétrolier
- le traitement des eaux
- la production de dihydrogène
- la production de biocarburants
- le recyclage chimique des matières plastiques
- les réactions de polymérisation
• Les intérêts de l’utilisation des catalyseurs dans l’industrie chimique sont nombreux :
- utilisation plus faible de réactifs et création de moins de déchets : c’est moins coûteux en matières premières et plus écologique.
- les réactions sont plus rapides et permettent de faire des économies d’énergie.
Chaque réaction est catalysée par une unique enzyme, qui est constituée d’un site actif propre au substrat. Le substrat est transformé en produits.
Voici un schéma présentant le mode d’action d’une enzyme :
Exemples :
• L’amylase alpha hydrolyse l’amidon en sucres.
• L’hydrolyse du saccharose est fonction de la température, du pH et de la concentration, mais les deux enzymes entrant en jeu sont l'alpha-glucosidase et la béta-fructosidase.
• Il existe plusieurs types d’enzymes selon le type de réaction qu’elles catalysent (par exemple, les oxydo-réductases catalysent les réactions d’oxydo-réduction).
• Outre leur importance dans les processus biologiques, les enzymes présentent un intérêt industriel.
On utilise en effet des enzymes dans les biotechnologies : production de lessives, production de sirop de fructose à partir d’amidon de maïs par exemple, production de la bière par fermentation de l’orge en acides aminés et sucres…
• Il existe plusieurs types de catalyse : la catalyse homogène ( = réactifs et catalyseur forment une seule phase), la catalyse hétérogène ( = réactifs et catalyseur forment plusieurs phases) et la catalyse enzymatique.
• La catalyse a une grande importance dans le domaine biologique et dans le domaine industriel.
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