Cienciaes.com : Catalyseurs. Nous avons parlé avec Fernando Carrillo Hermosilla.

Le mot « catalyseur » est devenu familier depuis que nos véhicules automobiles les utilisent. Cependant, bien avant que les constructeurs automobiles soient obligés d’installer un « pot catalytique » pour éliminer les gaz toxiques produits par la combustion, les catalyseurs étaient déjà largement utilisés dans les processus chimiques qui ont lieu dans la nature, y compris dans notre propre corps, et dans l’industrie chimique. Nous pouvons vous assurer que sans catalyseurs, ni la vie n’est possible, ni notre société n’aurait pu atteindre le niveau de développement dont nous jouissons aujourd’hui.

Qu’est-ce qu’un catalyseur ?

La réponse nous est donnée par notre invité, Fernando Carrillo-Hermosillaprofesseur de chimie inorganique à Faculté des Sciences et Technologies Chimiques de Ciudad Real : Un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d’une réaction chimique sans être essentiellement consommée au cours du processus..

Dans la nature, les réactions chimiques se produisent continuellement et à tous les niveaux imaginables. Des plus simples, dans lesquels quelques atomes comme l’oxygène et l’hydrogène réagissent entre eux pour obtenir de l’eau, aux plus complexes, comme ceux qui se produisent à l’intérieur de nos cellules, qui impliquent la combinaison de protéines et d’autres molécules extrêmement complexes. Toute réaction chimique implique deux ou plusieurs composés (réactifs) échangeant des atomes et des liaisons entre eux pour donner naissance à différents (produits). Dans les procédés biologiques comme industriels, l’obtention d’un produit donné dépend de nombreux facteurs : conditions de pression, température, état de pureté des réactifs, facilité de sélection d’un produit par rapport à d’autres qui ne sont pas intéressants dans le procédé, etc. Comme si cela ne suffisait pas, aux facteurs susmentionnés, il faut en ajouter un essentiel : le temps. De nombreuses réactions se produisent naturellement, mais si lentement qu’elles sont inacceptables pour une utilisation industrielle. C’est dans ces cas-là que deviennent importantes certaines substances qui, par leur simple présence, accélèrent tout : les catalyseurs.

Un exemple classique peut être pris dans l’industrie de l’ammoniac. L’ammoniac est un composé chimique très important dans notre société, non seulement parce qu’il est utile comme produit de nettoyage, ce qui est le cas, mais parce qu’il constitue la base de la production d’engrais qui ont permis à l’humanité de disposer d’une nourriture abondante. Pour obtenir de l’ammoniac, il suffit de mettre dans un récipient de l’azote, qui est le gaz le plus abondant dans l’air que nous respirons, et de l’hydrogène, qui peut être extrait du gaz naturel. Mais il ne suffit pas de mettre les deux éléments en contact, la réaction de l’azote et de l’hydrogène dans des conditions normales est d’une lenteur exaspérante. Il faudrait attendre des dizaines d’années, voire des siècles, pour obtenir une quantité appréciable d’ammoniac. La solution a été trouvée par Fritz Haber et Carl Bosh, prix Nobel de chimie en 1918 et 1931. La proposition de Haber, adaptée plus tard par Bosh pour un usage industriel, consistait à ajouter de l’oxyde de fer comme catalyseur. La présence du catalyseur diminue la force avec laquelle les deux atomes de la molécule d’azote se lient et facilite ainsi leur séparation pour rejoindre l’hydrogène et former de l’ammoniac.

Lorsque nous démarrons notre voiture, les gaz produits par la combustion dans le moteur sont chargés de polluants, principalement des oxydes d’azote, du monoxyde de carbone et des restes de carburant non brûlés. S’ils étaient rejetés dans l’atmosphère sans traitement, comme cela se faisait autrefois, l’air des grandes villes serait irrespirable. Pour éviter cela, les gaz d’échappement passent par le « pot catalytique » qui est constitué d’un treillis en céramique recouvert de matériaux nobles comme le platine, le rhodium et le palladium, dont la fonction est d’éliminer ces contaminants. Les oxydes d’azote, responsables de la fumée noire qui forme le « smog », sont transformés en azote pur et en oxygène grâce au catalyseur ; Le monoxyde de carbone, qui est un gaz toxique et mortel car il se combine à l’hémoglobine des globules rouges et empêche l’oxygénation de l’organisme, se transforme en dioxyde de carbone qui, bien qu’il s’agisse d’un gaz à effet de serre, n’est pour le moins pas toxique. Les hydrocarbures non brûlés sont consommés, générant de l’eau et du dioxyde de carbone. Ainsi, grâce aux catalyseurs, l’air expulsé est bien moins polluant.

Les exemples mentionnés ne sont qu’un échantillon de l’importance des catalyseurs dans la société moderne. Pratiquement tous les produits chimiques produits commercialement utilisent des catalyseurs à un moment ou un autre de leur processus de fabrication. Ils sont utilisés dans le raffinage du pétrole et de ses dérivés comme les carburants, les plastiques, les polymères, etc. Ils sont utilisés dans la fabrication de produits alimentaires comme la margarine, ils participent à la fabrication de l’acide sulfurique, à la fabrication de médicaments, etc.

Notre invité, Fernando Carrillo-Hermosilla en collaboration avec un grand groupe de chercheurs du Département de chimie inorganique, organique et biochimique de l’Université Faculté des Sciences et Technologies Chimiques de Ciudad Real qui appartient au Université de Castille-La Mancheétudie le comportement des catalyseurs dans la synthèse d’un type particulier de molécules organiques appelées guanidines, espèces chimiques présentes dans une multitude de substances naturelles et synthétiques ayant des applications biologiques.

LES RÉFÉRENCES.

Fernando Carrillo-Hermosilla

COMCà

Guanidines : des approches classiques aux synthèses catalytiques efficaces