Catalyseur

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Pour l'élément de pot d'échappement, voir Pot catalytique.

En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il est régénéré à la fin de la réaction. Il ne fait donc partie ni des réactifs ni des produits dans l'équation. Lorsqu’un catalyseur est utilisé pour accélérer une transformation, on dit que celle-ci est catalysée.

Le catalyseur accélère la réaction chimique, parfois dans des proportions considérables, mais il n'est pas consommé : soit il ne participe pas à la réaction mais sa présence facilite la rupture des liaisons, soit il y participe mais est régénéré à la fin.

Les catalyseurs sont largement utilisés dans l'industrie et en laboratoire parce qu'ils augmentent considérablement la production des produits tout en minimisant les coûts de production.

Les catalyseurs ne sont pas toujours bénéfiques dans toute réaction. Il agissent seulement sur des produits prédéterminés.

Dans la nature et en biochimie, certaines protéines possèdent une activité catalytique. Ils s'agit des enzymes.

Le catalyseur augmente la vitesse de réaction en introduisant de nouveaux chemins de réaction (mécanisme), et en abaissant son énergie d'activation, ou énergie libre de Gibbs d'activation. Ce faisant il permet d'augmenter la vitesse, ou d'abaisser la température de la réaction. Le catalyseur ne modifie pas l'énergie libre de Gibbs totale de la réaction qui est une fonction d'état du système et n'a donc aucun effet sur la constante d'équilibre.

En plus d'augmenter la vitesse de réaction, le choix d'un catalyseur peut reposer sur d'autres paramètres :

la sélectivité : un catalyseur sélectif va favoriser la production du produit désiré par rapport aux produits secondaires. Par exemple, quand on utilise l'argent métallique pour catalyser la réaction de formation de l'oxyde d'éthylène, à partir d'oxygène et d'éthylène, cette réaction est accompagnée par la formation plus favorable thermodynamiquement de CO₂ et H₂O. C'est pour cette raison qu'il est important de trouver un catalyseur favorisant le produit désiré.
La durée de vie, une faible quantité de catalyseur doit pouvoir survivre à plusieurs cycles de réaction.

Différents types de catalyseurs :

Analogie d'un catalyseur

La meilleure analogie pour bien comprendre ce qu'est un catalyseur est le moteur à explosion. Un moteur à explosion sans huile ne peut pas fonctionner rapidement. Mais s'il est bien lubrifié peut facilement tourner à haut régime. Dans les 2 cas c'est toujours la même réaction : combustion d'un mélange air/essence, l'huile intervient uniquement sur la partie mécanique et elle n'est pas consommée lors du fonctionnement du moteur.

C'est exactement la définition d'un catalyseur, composé qui augmente la vitesse de réaction, qui ne change pas l'équation bilan et qui n'est pas consommé lors de la réaction.

Exemple simple d'un catalyseur

La cendre peut servir de catalyseur à la combustion du sucre. Le sucre, chauffé au briquet, ne produit aucune flamme. Recouvert de cendre, il peut s'enflammer et brûle d'une flamme bleue.