Les catalyseurs sont les héros méconnus des réactions chimiques qui font vibrer la société humaine. Un catalyseur est un matériau qui accélère les réactions chimiques. Avec un coup de main d’un catalyseur, les molécules qui pourraient mettre des années à interagir peuvent maintenant le faire en quelques secondes. Les usines dépendent des catalyseurs pour fabriquer tout, du plastique aux médicaments. Les catalyseurs aident à transformer le pétrole et le charbon en combustibles liquides. Ce sont des acteurs clés des technologies d’énergie propre. Les catalyseurs naturels dans le corps — appelés enzymes — jouent même un rôle important dans la digestion et plus encore.
Au cours de toute réaction chimique, les molécules rompent les liaisons chimiques entre leurs atomes. Les atomes créent également de nouvelles liaisons avec différents atomes. C’est comme échanger des partenaires lors d’une danse carrée. Parfois, ces partenariats sont faciles à rompre. Une molécule peut avoir certaines propriétés qui lui permettent d’attirer les atomes d’une autre molécule. Mais dans des partenariats stables, les molécules se contentent telles qu’elles sont. Laissés ensemble pendant une très longue période, quelques-uns pourraient éventuellement changer de partenaire. Mais il n’y a pas de frénésie massive de rupture et de reconstruction des liens.
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Les catalyseurs rendent une telle rupture et reconstruction plus efficace. Ils le font en abaissant l’énergie d’activation de la réaction chimique. L’énergie d’activation est la quantité d’énergie nécessaire pour permettre à la réaction chimique de se produire. Le catalyseur ne fait que changer la voie vers le nouveau partenariat chimique. Il construit l’équivalent d’une route goudronnée pour contourner un chemin de terre cahoteux. Un catalyseur ne s’épuise pas dans la réaction, cependant. Comme un ailier, il encourage les autres molécules à réagir. Une fois qu’ils le font, il s’incline.
Les enzymes sont les catalyseurs naturels de la biologie. Ils jouent un rôle dans tout, de la copie de matériel génétique à la décomposition des aliments et des nutriments. Les fabricants créent souvent des catalyseurs pour accélérer les processus dans l’industrie.
Une technologie qui a besoin d’un catalyseur pour fonctionner est une pile à combustible à hydrogène. Dans ces dispositifs, l’hydrogène gazeux (H2) réagit avec l’oxygène gazeux (O2) pour produire de l’eau (H2O) et de l’électricité. Ces systèmes peuvent être trouvés dans un véhicule à hydrogène où ils créent l’électricité pour alimenter le moteur. La pile à combustible doit séparer les atomes en molécules d’hydrogène et d’oxygène afin que ces atomes puissent se remodeler pour créer de nouvelles molécules (eau). Sans une certaine aide, cependant, ce remaniement se ferait très lentement. La pile à combustible utilise donc un catalyseur – le platine – pour propulser ces réactions.
Le platine fonctionne bien dans les piles à combustible car il interagit exactement de la bonne quantité avec chaque gaz de départ. La surface du platine attire les molécules de gaz. En effet, il les rapproche de sorte qu’il encourage — accélère — leur réaction. Ensuite, il laisse flotter son œuvre.
Pendant des années, d’autres technologies se sont également appuyées sur des catalyseurs au platine. Pour éliminer les polluants nocifs des gaz d’échappement, par exemple, les voitures utilisent désormais des convertisseurs catalytiques.
Mais le platine a quelques inconvénients. C’est cher, pour un. (Les gens aiment l’utiliser dans des bijoux fantaisie.) Et ce n’est pas facile à obtenir.
D’autres catalyseurs ont atteint le statut de superstar. Ceux-ci comprennent des métaux aux propriétés chimiques similaires à celles du platine. Parmi eux, le palladium et l’iridium. Comme le platine, cependant, les deux sont chers et difficiles à obtenir. C’est pourquoi la chasse est lancée pour des catalyseurs moins coûteux à utiliser dans les piles à combustible.
Certains scientifiques pensent que les molécules de carbone pourraient fonctionner. Ils seraient certainement moins coûteux et facilement abondants. Une autre option pourrait être d’utiliser des enzymes similaires à celles trouvées à l’intérieur des êtres vivants.