Maîtrisez la catalyse et les catalyseurs

Comprendre la catalyse : guide de révision

Un catalyseur est une espèce chimique qui accélère une réaction sans être consommée : il est régénéré à la fin du mécanisme et n'apparaît donc pas dans l'équation bilan. Son rôle essentiel est d'abaisser l'énergie d'activation en proposant un mécanisme réactionnel alternatif, souvent en plusieurs étapes, avec des intermédiaires de réaction. Attention à une confusion fréquente : le catalyseur ne change pas l'enthalpie de réaction, ni la composition à l'équilibre ; il accélère aussi bien la réaction directe que la réaction inverse, sans déplacer l'équilibre thermodynamique.

On distingue principalement la catalyse homogène, où le catalyseur et les réactifs forment une seule phase (par exemple les ions H+ dans l'estérification), et la catalyse hétérogène, où le catalyseur constitue une phase séparée, comme le platine ou le nickel solide dans l'hydrogénation des alcènes ou le pot catalytique des véhicules. Il existe aussi la catalyse enzymatique, très spécifique, où les enzymes agissent sur des substrats précis. Un catalyseur est dit sélectif : il oriente la réaction vers un produit particulier, ce qui est capital en chimie industrielle pour améliorer le rendement en produit désiré.

Autre point souvent mal compris : un catalyseur ne rend pas possible une réaction thermodynamiquement défavorable, il ne fait qu'accélérer une réaction déjà spontanée. De plus, les catalyseurs peuvent être inhibés ou empoisonnés : une impureté comme le soufre peut bloquer les sites actifs d'un catalyseur métallique, d'où la nécessité de purifier les réactifs dans l'industrie. Enfin, la vitesse catalysée dépend de la température, de la concentration du catalyseur et de l'état de sa surface dans le cas hétérogène. Réviser ces notions avec des QCM permet de repérer rapidement les pièges classiques des sujets d'examen.