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Catalyse – homogène, hétérogène et autocatalyse

ChimieCinétique et équilibre15–16 ansLaboratoire virtuel

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Cinq vues du fonctionnement des catalyseurs : adsorption, affaiblissement des liaisons et désorption sur le fer (procédé Haber) et cycle redox de V₂O₅ (procédé de contact) avec empoisonnement du catalyseur ; catalyse de S₂O₈²⁻ + 2I⁻ par Fe²⁺/Fe³⁺ ; autocatalyse par Mn²⁺ dans la réaction MnO₄⁻/C₂O₄²⁻ avec sa courbe vitesse–temps ; un banc qui décompose H₂O₂ avec Fe³⁺, MnO₂, le platine ou la catalase et récupère le catalyseur solide ; et des profils énergétiques des chemins avec et sans catalyseur.

Leçon : Catalyseurs : catalyse homogène, hétérogène et enzymatique ; autocatalyse

Ce qu’elle montre

Un catalyseur accélère une réaction en offrant un autre chemin de plus faible énergie d'activation, et il se retrouve chimiquement inchangé à la fin. Un catalyseur hétérogène est dans une autre phase que les réactifs : les gaz s'adsorbent sur une surface solide, leurs liaisons s'affaiblissent, de nouvelles liaisons se forment et les produits se désorbent ; les poisons bloquent les sites actifs. Un catalyseur homogène est dans la même phase et agit souvent en changeant de degré d'oxydation, comme le couple Fe²⁺/Fe³⁺. Dans l'autocatalyse, un produit est le catalyseur : la réaction s'accélère en avançant. Les enzymes comme la catalase sont des catalyseurs biologiques.

Mode d’emploi

Dans Surface, choisissez la Surface catalytique, cliquez sur Lancer et suivez le site encadré à travers les étapes ; augmentez Sites empoisonnés et comparez la vitesse. Dans Solution, essayez Sans catalyseur, Fe²⁺ et Fe³⁺. Dans Autocatalyse, travaillez à 60 °C puis cochez Ajouter Mn²⁺ au départ. Dans Banc H₂O₂, choisissez un Catalyseur, lancez puis cliquez sur Filtrer, sécher et peser le catalyseur. Dans Profils énergétiques, choisissez une Réaction.

Paramètres modifiables

  • Vue Surface, Solution, Autocatalyse, Banc H₂O₂, Profils énergétiques
  • Surface catalytique Fer (procédé Haber), V₂O₅ (procédé de contact)
  • Sites empoisonnés 0–100 %
  • Catalyseur ajouté (solution) Sans catalyseur, Fe²⁺, Fe³⁺
  • Température (autocatalyse) 20–80 °C
  • Ajouter Mn²⁺ au départ
  • Catalyseur (banc H₂O₂) Sans catalyseur, Solution de Fe³⁺ (homogène), MnO₂ en poudre (hétérogène), Toile de platine (hétérogène), Foie (catalase, enzyme), Pomme de terre (catalase, enzyme)
  • Concentration de H₂O₂ 0,1–0,8 mol/L
  • Faire bouillir le foie ou la pomme de terre
  • Réaction (profils énergétiques) Décomposition de H₂O₂, Procédé Haber (fer), Procédé de contact (V₂O₅), S₂O₈²⁻ + I⁻ (Fe²⁺/Fe³⁺)
  • Afficher le chemin catalysé

Questions à explorer

  1. Pourquoi un catalyseur ne modifie-t-il ni ΔH ni la position de l'équilibre ?
  2. Pourquoi Fe²⁺ comme Fe³⁺ peuvent-ils catalyser la réaction entre S₂O₈²⁻ et I⁻ ?
  3. Pourquoi la réaction entre MnO₄⁻ et C₂O₄²⁻ démarre-t-elle lentement puis s'accélère-t-elle ?

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