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  • Publié le : 11 février 2014
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ELEMENTS DE CORRECTION


A. Lire et comprendre : la problématique

Pour augmenter la vitesse des transformations chimiques, on peut agir sur les facteurs cinétiques : augmenter la température, les concentrations initiales des réactifs et utiliser un solvant approprié.

On peut agir sur les concentrations initiales : cela n’aura pas de répercussions sur le coût de la transformation dansla mesure où les réactifs conduiront à la formation du produit recherché. Seulement, le solvant peut être très cher, et, pour augmenter la température, il est nécessaire d’apporter de l’énergie, elle aussi couteuse.

Ainsi, ces deux facteurs cinétiques ne vont pas dans le sens des économies préconisées dans l’article.


B. Quelles sont les caractéristiques d’un catalyseur ?

Dans les troisexpériences, on remarque que l’acide sulfurique (exp1), le sel de Mohr (exp2) et le chlorure de fer III (exp3) augmentent la vitesse de réaction : les transformations sont plus rapides que lorsque les réactifs sont introduits seuls. Un catalyseur est donc une espèce chimique qui augmente la vitesse de la réaction.

Dans l’expérience 1, l’état final est le même : les quantités d’acide éthanoïqueconsommées, et donc d’ester formées sont identiques. De même, dans l’expérience 2, les couleurs des solutions (liées à la teneur en diiode formé) sont identiques, ce qui montre que la même quantité de produit a été obtenue dans les deux béchers. Ainsi, un catalyseur ne modifie pas l’état final d’une réaction.

Dans la troisième expérience, les changements de couleur indiquent que les ions fer IIIinterviennent dans le mécanisme de la réaction (passage du jaune au marron), mais sont régénérés à la fin de la transformation (retour à la couleur jaune lorsque le dégagement est terminé). Un catalyseur est donc régénéré à la fin de la réaction : il n’intervient pas dans le bilan de la réaction.

Dans la quatrième expérience, seule une réaction sur les deux possibles est accélérée : le cuivreaccélère la réaction de formation de l’aldéhyde, alors que l’alumine accélère celle de l’alcène. Le catalyseur est donc sélectif.


Ces quatre constats sont importants pour la chimie industrielle :
La catalyse évite de chauffer les mélanges réactionnels : elle permet d’importantes économies en termes de coût énergétique, mais aussi elle évite les éventuelles dégradations de produits dues auchauffage (cela permet des réactions dans des conditions plus « douces »)
La catalyse ne modifie pas l’état final de la réaction : le rendement restera donc identique (il ne sera pas réduit)
Le catalyseur étant régénéré en fin de réaction, de faibles quantités suffisent (ce qui est important en termes de coût) et, si le catalyseur n’est pas dans la même phase que le reste des réactifs, il estpossible de le récupérer.
Le catalyseur est sélectif : il favorise la formation d’un produit par rapport aux produits secondaires quand il y en a. Cela peut permettre « d’orienter » la réaction dans la direction souhaitée et ainsi de « limiter » les sous-produits parasites d’une production.


C. Comment celles-ci peuvent-elles intervenir dans la vie quotidienne ?

La catalyse accélère lesréactions, et les rend possibles cinétiquement. Ainsi, dans le document 5, les polluants sont décomposés en passant par le pot catalytique. Quand il n’y avait pas de catalyseur, la réaction de décomposition des gaz polluants n’avait pas le temps de s’effectuer, ce qui conduisait à d’importants rejets dans l’atmosphère. Enfin, en criminologie (doc. 4), la présence de sang, donc d’ion fer III, permet auluminol de se transformer en ion aminophtalate et donc d’émettre une lumière bleue. Le fait que cette réaction soit rendue cinétiquement possible par la présence de ces ions fait jouer à cette réaction le rôle de test caractéristique. La catalyse permet aussi aux processus biochimiques de se réaliser très rapidement (doc. 3), de synthétiser des molécules complexes utilisées en pharmaceutique...
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