I- Le phénomène de catalyse.

1)- Mise en évidence expérimentale.

a)- Expérience 1 : réaction entre les ions iodure et les ions peroxodisulfate :

Bécher A : on verse,

-  50 mL d’une solution de peroxodisulfate de potassium C₁ = 0,050 mol / L,

-  50 mL d’une solution d’iodure de potassium C₂ = 0,50 mol / L.

Bécher B : on verse,

-  50 mL d’une solution de peroxodisulfate de potassium C₁ = 0,050 mol / L,

-  50 mL d’une solution d’iodure de potassium C₂ = 0,50 mol / L, et

-  10 mL d’une solution de sel de Mohr (cette solution contient des ions fer II)

b)- Observations :

-  On observe le jaunissement ou le brunissement de la solution dans les deux béchers.

-  Cela est dû à la formation de diiode qui en présence d’ions iodure donne des ions I₃^–  de couleur jaune-brun.

-  Dans le bécher B, on constate que la coloration évolue plus rapidement que dans le bécher A.

-  On peut affirmer que la réaction est plus rapide dans le bécher B que dans le bécher A.

c)- Conclusion :

-  On dit que les ions fer II ont catalysé la réaction entre les ions peroxodisulfate et les ions iodure.

-  Ils ont accéléré la réaction : l’ion fer II est un catalyseur de la réaction.

-  Remarque : on peut aussi catalyser cette réaction avec les ions fer III.

2)- Définitions.

-  Le catalyseur :

-  Un catalyseur est une substance qui accélère une réaction sans entrer dans le bilan de la réaction et sans modifier l’état final du système.

-  Remarques :

-  Lorsqu’une réaction est limitée, le catalyseur permet d’arriver plus vite à l’état d’équilibre mais il ne déplace pas l’équilibre.

-  Un catalyseur ne peut pas rendre possible une réaction non spontanée.

-  Catalyser une réaction, c’est augmenter sa vitesse par ajout d’un catalyseur.

-  Un catalyseur modifie le mécanisme réactionnel et la nature des étapes permettant de passer des réactifs aux produits.

II- Caractères généraux de la catalyse.

1)- La catalyse homogène.

a)- Définition :

-  La catalyse est dite homogène lorsque le catalyseur et le mélange réactionnel constituent une seule phase (forment un mélange homogène).

-  C’est le cas des gaz et des liquides miscibles.

b)- Expérience : Exemple : la dismutation de l’eau oxygénée est catalysée par les ions fer II ou les ions fer III.

Eau oxygénée à 20  volumes et solution aqueuse de chlorure de fer III.

-  le peroxyde d’hydrogène est impliqué dans deux couples oxydant / réducteur :

-  Couple 1 : H₂O_{2 (aq)} / H₂O _(ℓ)

-  Couple 2 : O_{2 (g)} / H₂O_{2 (aq)}

-  On peut envisager une réaction entre H₂O_{2 (aq)} , oxydant du couple 1 et H₂O_{2 (aq)} , réducteur du couple 2 :

-  Cette réaction est appelée réaction de dismutation.

-  La transformation associée est spontanée mais très lente à la température ordinaire.

 2  H₂O_{2 (aq)}  =    O_{2 (g)}    +  2   H₂O _(ℓ)

-  Pour accélérer cette réaction, on peut utiliser un catalyseur les ions fer II ou fer III. 

-  On fait intervenir le couple oxydant réducteur Fe ³⁺ _(aq) / Fe ²⁺ _(aq)

c)- Interprétation :

-  Ici, on remplace une étape lente par deux étapes rapides.

-  Étape 1 : réaction entre l’eau oxygénée est les ions fer III. Réaction rapide :

-  étape 2 : réaction entre l’eau oxygénée et les ions fer II.

-  Bilan global de la réaction : Il faut combiner (1) et (2).

d)- Conclusions :

-  En catalyse homogène, le catalyseur participe à la transformation chimique.

-  Transformé en une autre espèce chimique, il est ensuite régénéré en fin de transformation.

-  Le catalyseur n’entre pas dans l’écriture de l’équation.

2)- La catalyse hétérogène.

a)- Définition.

-  La catalyse est dite hétérogène lorsque le catalyseur et le milieu réactionnel se trouvent dans des phases différentes.

b)- Expériences :

-  Exemple : expérience de la lampe sans flamme (on utilise un fil de cuivre chauffé comme catalyseur)

-  exemple : dismutation de l’eau oxygénée catalysée par un fil de platine.

c)- Remarque : 

-  Lorsque le catalyseur est solide, la réaction se produit à la surface du catalyseur.

-  Elle est d’autant plus rapide que la surface du catalyseur est importante.

3)- La catalyse enzymatique.

-  Les enzymes sont des catalyseurs biologiques qui permettent aux transformations chimiques nécessaires à la vie de s’effectuer à vitesse élevée.

-  Exemple : l’hydrolyse l’amidon au laboratoire : il faut travailler à température élevée et en milieu fortement acide.

-  L’hydrolyse enzymatique de l’amidon utilise l’amylase comme catalyseur.

-  L’amylase présente dans la salive permet l’hydrolyse de l’amidon en maltose.

-  Une enzyme ne catalyse en général qu’une seule réaction biochimique.

-  Il n’existe pas de produit de synthèse permettant de reproduire industriellement les réactions qui se déroulent dans les cellules dans les mêmes conditions de température et de pression.

4)- Sélectivité d’un catalyseur.

-  Un catalyseur est sélectif si, à partir d’un système initial susceptible d’évoluer selon plusieurs réactions spontanées, il accélère préférentiellement l’une d’elles.

-  Exemple : réactions avec l’éthanol :

-  Déshydratation de l’éthanol :

-  Déshydrogénation de l’éthanol :

-  Un catalyseur est spécifique à une réaction chimique.

-  Un catalyseur permet d’éviter certaines réactions parasites.

-  Il permet de travailler dans des conditions de température et de pressions plus faibles.

-  Il peut permettre de diminuer les coûts de production.

III- Applications :

1) - QCM :

2)- Exercices :