Catalyse par les métaux de transition

Contexte : Accélérer la chimie pour l'industrie.

De nombreuses réactions chimiques, bien que thermodynamiquement favorables, sont extrêmement lentes. Pour les rendre viables à l'échelle industrielle, il est indispensable de les accélérer. C'est le rôle du catalyseurSubstance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique sans être consommée par celle-ci. Il offre un nouveau chemin réactionnel avec une énergie d'activation plus faible.. Les métaux de transition (comme le fer, le nickel, le platine, le rhodium) et leurs composés sont des catalyseurs exceptionnellement efficaces en raison de leur capacité à changer facilement d'état d'oxydation et à former des liaisons temporaires avec les réactifs. Cet exercice vise à quantifier l'efficacité d'un catalyseur à base de fer dans une réaction de décomposition.

Remarque Pédagogique : Cet exercice illustre comment une quantité infime de catalyseur peut avoir un impact considérable sur une réaction. Nous allons calculer deux indicateurs clés de la performance d'un catalyseur : le "Turnover Number" (TON), qui représente le nombre de cycles catalytiques qu'une molécule de catalyseur a effectués, et la "Turnover Frequency" (TOF), qui mesure la vitesse de ces cycles. Ces métriques sont essentielles pour comparer les catalyseurs et concevoir des procédés industriels efficaces.

Objectifs Pédagogiques

Calculer des quantités de matière (moles) pour un réactif et un catalyseur.
Déterminer la quantité de réactif consommé au cours d'une réaction.
Comprendre et calculer le "Turnover Number" (TON) comme mesure de la productivité d'un catalyseur.
Comprendre et calculer la "Turnover Frequency" (TOF) comme mesure de l'activité (vitesse) d'un catalyseur.
Appréhender l'impact quantitatif d'un catalyseur sur une réaction chimique.

Données de l'étude

On étudie la décomposition du peroxyde d'hydrogène (\(H_2O_2\)) en eau et en dioxygène, catalysée par des ions fer(III) (\(Fe^{3+}\)). La réaction globale est :

2H_2O_2(aq) \xrightarrow{Fe^{3+}} 2H_2O(l) + O_2(g)

Dans un réacteur, on introduit 1,0 L d'une solution de peroxyde d'hydrogène de concentration \(C_0 = 2.0 \, \text{mol/L}\). On ajoute ensuite 162,2 mg de chlorure de fer(III) (\(FeCl_3\)) solide comme source de catalyseur. On laisse la réaction se dérouler pendant 10 minutes. À la fin, on mesure la concentration finale en \(H_2O_2\) et on trouve \(C_f = 0.8 \, \text{mol/L}\).

Schéma de la réaction catalysée

Élément	Symbole	Masse Molaire Atomique (g/mol)
Fer	Fe	55.8
Chlore	Cl	35.5

Questions à traiter

Calculer la quantité de matière (en moles) de catalyseur \(FeCl_3\) introduite.
Calculer la quantité de matière (en moles) de peroxyde d'hydrogène qui a réagi pendant les 10 minutes.
Calculer le "Turnover Number" (TON) du catalyseur.
Calculer la "Turnover Frequency" (TOF) du catalyseur en s⁻¹.

Les bases de la Catalyse

Avant de plonger dans la correction détaillée, il est essentiel de bien comprendre les concepts fondamentaux qui suivent. Cette section est un rappel des bases nécessaires pour aborder l'exercice avec confiance.

1. Le Catalyseur : Un raccourci énergétique
Pour qu'une réaction se produise, les molécules doivent surmonter une barrière d'énergie appelée "énergie d'activation". Un catalyseur fonctionne en proposant un chemin réactionnel alternatif, une "route de montagne" avec un col plus bas. Il ne change ni le point de départ (réactifs) ni le point d'arrivée (produits), mais il abaisse l'énergie de la barrière à franchir, ce qui permet à beaucoup plus de molécules de réagir par unité de temps.

2. Catalyse Homogène vs. Hétérogène

Catalyse homogène : Le catalyseur et les réactifs sont dans la même phase (par exemple, tous dissous dans un liquide). C'est le cas dans notre exercice avec les ions \(Fe^{3+}\) en solution aqueuse.
Catalyse hétérogène : Le catalyseur et les réactifs sont dans des phases différentes (par exemple, un gaz qui réagit à la surface d'un catalyseur solide, comme dans les pots catalytiques des voitures).

3. Mesurer l'efficacité : TON et TOF
Pour quantifier l'efficacité d'un catalyseur, on utilise deux indicateurs principaux :

Turnover Number (TON) : C'est le nombre de molécules de réactif transformées par *une seule* molécule de catalyseur avant que celui-ci ne devienne inactif. C'est une mesure de la **productivité** ou de la **robustesse** du catalyseur. Un TON élevé signifie qu'une petite quantité de catalyseur peut produire une grande quantité de produit. \((\text{sans unité, ou mol/mol})\)
Turnover Frequency (TOF) : C'est le TON divisé par le temps de réaction. Il représente le nombre de cycles catalytiques par unité de temps. C'est une mesure de la **vitesse** ou de l'**activité** du catalyseur. Un TOF élevé signifie que la réaction est très rapide. \((\text{unité : s}^{-1})\)

Correction : Catalyse par les métaux de transition

Question 1 : Calculer la quantité de matière de catalyseur

Principe (le concept physique)

Pour évaluer l'efficacité d'un catalyseur, il est fondamental de connaître précisément sa quantité. Comme le catalyseur est introduit sous forme d'une masse de chlorure de fer(III) (\(FeCl_3\)), la première étape consiste à convertir cette masse en quantité de matière (moles) en utilisant la masse molaire du composé.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

Le chlorure de fer(III) est un sel qui se dissocie totalement dans l'eau pour donner des ions \(Fe^{3+}\) et \(Cl^-\). L'ion \(Fe^{3+}\) est la véritable espèce catalytique active. La stœchiométrie de la dissolution \(FeCl_3 \rightarrow Fe^{3+} + 3Cl^-\) nous montre qu'une mole de \(FeCl_3\) solide libère exactement une mole d'ions \(Fe^{3+}\) en solution. Par conséquent, \(n_{FeCl_3} = n_{Fe^{3+}}\).

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Soyez très attentif aux unités ! La masse du catalyseur est donnée en milligrammes (mg). Il est impératif de la convertir en grammes (g) avant de la diviser par la masse molaire qui est en g/mol. Oublier ce facteur 1000 est une erreur très courante.

Normes (la référence réglementaire)

En chimie, la quantité de matière est une des sept unités de base du Système International (SI). Tous les calculs quantitatifs rigoureux, notamment en cinétique et en thermodynamique, reposent sur l'utilisation de la mole comme unité centrale.

Formule(s) (l'outil mathématique)

1. Calcul de la masse molaire de \(FeCl_3\) :

M(FeCl_3) = M(\text{Fe}) + 3 \times M(\text{Cl})

2. Calcul de la quantité de matière :

n = \frac{m}{M}

Hypothèses (le cadre du calcul)

On suppose que le chlorure de fer(III) est pur et qu'il se dissout complètement dans la solution pour libérer tous les ions \(Fe^{3+}\).

Donnée(s) (les chiffres d'entrée)

Masse de \(FeCl_3\), \(m = 162.2 \, \text{mg} = 0.1622 \, \text{g}\)
\(M(\text{Fe}) = 55.8 \, \text{g/mol}\)
\(M(\text{Cl}) = 35.5 \, \text{g/mol}\)

Astuces (Pour aller plus vite)

Pré-calculez la masse molaire de \(FeCl_3\) et mettez-la en mémoire dans votre calculatrice si vous devez la réutiliser. Cela évite de retaper la somme à chaque fois et limite les risques d'erreur de frappe.

Schéma (Avant les calculs)

Conversion de la Masse de Catalyseur en Moles

Calcul(s) (l'application numérique)

1. Masse molaire de \(FeCl_3\) :

\begin{aligned} M(FeCl_3) &= 55.8 + (3 \times 35.5) \\ &= 55.8 + 106.5 \\ &= 162.3 \, \text{g/mol} \end{aligned}

2. Quantité de matière de catalyseur :

\begin{aligned} n_{\text{cat}} &= \frac{0.1622 \, \text{g}}{162.3 \, \text{g/mol}} \\ &\approx 0.001 \, \text{mol} \quad (\text{ou } 1 \times 10^{-3} \, \text{mol}) \end{aligned}

Schéma (Après les calculs)

Quantité de Catalyseur Calculée

Réflexions (l'interprétation du résultat)

Une masse de seulement 162 milligrammes correspond à 1 millimole de catalyseur. C'est une quantité très faible par rapport aux quantités de réactifs typiquement engagées, ce qui est caractéristique de l'action catalytique.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

La principale source d'erreur est la conversion d'unités mg \(\rightarrow\) g. Une erreur d'un facteur 1000 ici faussera complètement les calculs de TON et de TOF qui en dépendent directement.

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)

La première étape de tout calcul de performance catalytique est de déterminer avec précision la quantité de matière du centre catalytique actif.

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Le fer est un des métaux de transition les plus abondants et les moins chers, ce qui en fait un catalyseur de choix pour de nombreux procédés industriels, dont le célèbre procédé Haber-Bosch pour la synthèse de l'ammoniac qui utilise un catalyseur à base de fer.

FAQ (pour lever les doutes)

Pourquoi utiliser \(FeCl_3\) et non du fer métallique ?

Pour la catalyse homogène en solution, il faut une source d'ions métalliques solubles. Le fer métallique est insoluble dans l'eau, alors que le sel \(FeCl_3\) se dissout facilement pour libérer les ions \(Fe^{3+}\) qui vont catalyser la réaction.

Résultat Final (la conclusion chiffrée)

La quantité de matière de catalyseur introduite est \(n_{\text{cat}} \approx 0.001 \, \text{mol}\).

A vous de jouer (pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)

Quelle est la quantité de matière (en mol) dans 2.5 g de sulfate de cuivre(II) (\(CuSO_4\)) ? (Données : M(Cu)=63.5 g/mol, M(S)=32.1 g/mol, M(O)=16.0 g/mol)

Question 2 : Calculer la quantité de matière de H₂O₂ qui a réagi

Principe (le concept physique)

La quantité de réactif qui a été consommée au cours de la réaction est simplement la différence entre la quantité présente au début et la quantité restante à la fin. En mesurant la variation de concentration, on peut en déduire la variation de la quantité de matière.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

La cinétique chimique est l'étude des vitesses de réaction. La mesure de la concentration d'un réactif à différents temps (\(C(t)\)) permet de tracer des courbes cinétiques. La pente de ces courbes donne la vitesse de la réaction à un instant donné. Notre calcul (\(n_{\text{initial}} - n_{\text{final}}\)) est une mesure globale de ce qui s'est passé sur un intervalle de temps donné.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Il y a deux façons de faire le calcul : soit calculer les moles initiales et finales séparément puis les soustraire, soit soustraire les concentrations d'abord puis multiplier par le volume. La deuxième méthode (\(n_{\text{réagi}} = (C_0 - C_f) \times V\)) est souvent plus rapide et moins sujette aux erreurs d'arrondi.

Normes (la référence réglementaire)

Le suivi de la concentration des réactifs et des produits au cours du temps est une pratique standard pour le contrôle des procédés industriels. Des sondes en ligne (spectroscopiques, chromatographiques) peuvent fournir des données en temps réel pour s'assurer que la réaction progresse comme prévu.

Formule(s) (l'outil mathématique)

1. Calcul des quantités de matière initiale et finale :

n = C \times V

2. Calcul de la quantité de matière ayant réagi :

n_{\text{réagi}} = n_{\text{initial}} - n_{\text{final}}

Hypothèses (le cadre du calcul)

On suppose que le volume de la solution (1,0 L) ne change pas de manière significative au cours de la réaction. C'est une approximation valide pour la plupart des réactions en solution diluée où les produits sont également liquides ou gazeux et s'échappent.

Donnée(s) (les chiffres d'entrée)

Concentration initiale, \(C_0 = 2.0 \, \text{mol/L}\)
Concentration finale, \(C_f = 0.8 \, \text{mol/L}\)
Volume de la solution, \(V = 1.0 \, \text{L}\)

Astuces (Pour aller plus vite)

Factorisez le volume dans le calcul : \(n_{\text{réagi}} = (C_0 - C_f) \times V\). Cela simplifie le calcul en une seule ligne : \((2.0 - 0.8) \times 1.0\).

Schéma (Avant les calculs)

Variation de la Quantité de Réactif

Calcul(s) (l'application numérique)

1. Quantité de matière initiale de \(H_2O_2\) :

\begin{aligned} n_{\text{initial}} &= C_0 \times V \\ &= 2.0 \, \text{mol/L} \times 1.0 \, \text{L} \\ &= 2.0 \, \text{mol} \end{aligned}

2. Quantité de matière finale de \(H_2O_2\) :

\begin{aligned} n_{\text{final}} &= C_f \times V \\ &= 0.8 \, \text{mol/L} \times 1.0 \, \text{L} \\ &= 0.8 \, \text{mol} \end{aligned}

3. Quantité de matière de \(H_2O_2\) ayant réagi :

\begin{aligned} n_{\text{réagi}} &= n_{\text{initial}} - n_{\text{final}} \\ &= 2.0 \, \text{mol} - 0.8 \, \text{mol} \\ &= 1.2 \, \text{mol} \end{aligned}

Schéma (Après les calculs)

Bilan de Matière du Réactif

Réflexions (l'interprétation du résultat)

En 10 minutes, 1.2 mole de peroxyde d'hydrogène a été décomposée. Cette valeur représente la "production" de la réaction sur cette période. C'est cette quantité de réactif transformé qui va nous permettre d'évaluer la performance du catalyseur.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

Ne pas confondre la quantité de réactif restante (\(n_{\text{final}}\)) avec la quantité qui a réagi (\(n_{\text{réagi}}\)). Les calculs de performance catalytique (TON, TOF) se basent toujours sur la quantité de substrat qui a été *transformée*, et non sur ce qu'il reste à la fin.

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)

La quantité de réactif consommé est la différence entre la quantité initiale et la quantité finale.

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

La décomposition du peroxyde d'hydrogène est une réaction de dismutation, où l'oxygène, initialement au degré d'oxydation -1 dans \(H_2O_2\), est simultanément oxydé en degré 0 (dans \(O_2\)) et réduit en degré -2 (dans \(H_2O\)).

FAQ (pour lever les doutes)

La réaction ne se produit-elle pas sans catalyseur ?

Si, mais elle est extrêmement lente à température ambiante. Les solutions commerciales de \(H_2O_2\) sont stables pendant des mois. L'ajout de quelques milligrammes d'ions \(Fe^{3+}\) accélère la décomposition de manière spectaculaire, la rendant visible à l'œil nu par un dégagement gazeux d'oxygène.

Résultat Final (la conclusion chiffrée)

La quantité de peroxyde d'hydrogène qui a réagi est de \(1.2 \, \text{mol}\).

A vous de jouer (pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)

Dans 0.5 L de solution, la concentration d'un réactif passe de 2.5 mol/L à 1.5 mol/L. Quelle quantité de matière (en mol) a réagi ?

Question 3 : Calculer le "Turnover Number" (TON)

Principe (le concept physique)

Le Turnover Number (TON) est une mesure directe de la productivité d'un catalyseur. Il répond à la question : "Combien de molécules de réactif une seule molécule de catalyseur a-t-elle réussi à transformer ?". C'est un ratio simple entre la quantité de réactif consommé et la quantité de catalyseur utilisé.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

Le TON est une mesure de la "durée de vie" ou de la robustesse d'un catalyseur. Un catalyseur idéal aurait un TON infini, mais en pratique, les catalyseurs se dégradent ou sont "empoisonnés" par des impuretés après un certain nombre de cycles. En industrie, un TON élevé est crucial car il signifie qu'une petite quantité de catalyseur (souvent cher et précieux) peut être utilisée pour produire une très grande quantité de produit, ce qui est économiquement avantageux.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Le TON est un nombre sans dimension, car il s'agit d'un rapport de moles sur des moles (\(\text{mol}/\text{mol}\)). Pensez-y comme un score. Un score de 1200 signifie que chaque "joueur" (molécule de catalyseur) a marqué 1200 points (transformé 1200 molécules de réactif). C'est une façon très intuitive d'évaluer la performance.

Normes (la référence réglementaire)

Le TON est un paramètre standard utilisé dans toutes les publications scientifiques et les rapports techniques de R&D pour caractériser et comparer l'efficacité de nouveaux catalyseurs. Il permet une comparaison juste entre différents systèmes catalytiques, indépendamment de l'échelle de la réaction.

Formule(s) (l'outil mathématique)

\text{TON} = \frac{n_{\text{réactif réagi}}}{n_{\text{catalyseur}}}

Hypothèses (le cadre du calcul)

On suppose que tous les ions \(Fe^{3+}\) introduits sont actifs et participent de manière égale à la catalyse. On calcule le TON sur la durée de l'expérience (10 minutes), ce qui représente une mesure de performance sur cet intervalle et non sur la durée de vie totale du catalyseur.

Donnée(s) (les chiffres d'entrée)

Quantité de \(H_2O_2\) réagi, \(n_{\text{réagi}} = 1.2 \, \text{mol}\) (résultat de la Q2)
Quantité de catalyseur, \(n_{\text{cat}} = 0.001 \, \text{mol}\) (résultat de la Q1)

Astuces (Pour aller plus vite)

Le calcul est une simple division. L'essentiel est de bien avoir identifié les deux valeurs nécessaires dans les questions précédentes : la quantité de produit formé (ou de réactif consommé) et la quantité de catalyseur.

Schéma (Avant les calculs)

Calcul de la Productivité du Catalyseur

Calcul(s) (l'application numérique)

\begin{aligned} \text{TON} &= \frac{n_{\text{réagi}}}{n_{\text{cat}}} \\ &= \frac{1.2 \, \text{mol}}{0.001 \, \text{mol}} \\ &= 1200 \end{aligned}

Schéma (Après les calculs)

Résultat du TON

Réflexions (l'interprétation du résultat)

Un TON de 1200 signifie que, en moyenne, chaque ion de fer a catalysé la décomposition de 1200 molécules de peroxyde d'hydrogène en 10 minutes. Cela démontre la puissance de la catalyse : une très petite quantité de fer a permis de transformer une quantité 1200 fois plus grande de réactif.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

Ne pas inverser le rapport. Le TON est toujours la quantité de "ce qui a été transformé" divisée par la quantité de "ce qui a transformé". Une valeur de TON inférieure à 1 serait très étrange et indiquerait probablement une erreur de calcul ou une réaction non catalytique.

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)

Le Turnover Number (TON) est le rapport des moles de réactif consommé sur les moles de catalyseur. C'est une mesure de la productivité.

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Pour les catalyseurs hétérogènes (solides), il est souvent difficile de connaître le nombre exact de "sites actifs" à la surface. Le TON est alors parfois calculé par rapport à la masse totale du catalyseur ou à sa surface spécifique (en m²/g).

FAQ (pour lever les doutes)

Le TON dépend-il du temps ?

Oui, le TON augmente avec le temps de réaction, tant que le catalyseur reste actif. Il représente le nombre total de cycles effectués jusqu'à un certain point. C'est pourquoi il mesure la productivité globale et non la vitesse.

Résultat Final (la conclusion chiffrée)

Le Turnover Number (TON) du catalyseur après 10 minutes est de 1200.

A vous de jouer (pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)

Si 0.5 mol de réactif ont été consommées en utilisant 0.0005 mol de catalyseur, quel est le TON ?

Question 4 : Calculer la "Turnover Frequency" (TOF)

Principe (le concept physique)

La Turnover Frequency (TOF) mesure la vitesse intrinsèque d'un site catalytique. Elle répond à la question : "Combien de cycles catalytiques une molécule de catalyseur effectue-t-elle par unité de temps ?". C'est le TON divisé par le temps de la réaction, exprimé dans une unité de temps standard (la seconde).

Mini-Cours (approfondissement théorique)

Contrairement au TON qui augmente avec le temps, le TOF est (idéalement) une constante qui caractérise la vitesse du catalyseur dans des conditions données (température, pression, concentrations). C'est l'indicateur le plus pertinent pour comparer l'activité de différents catalyseurs : un catalyseur avec un TOF plus élevé est simplement plus rapide.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

L'étape la plus critique ici est la conversion du temps. L'unité standard pour le TOF est la seconde inverse (\(s^{-1}\)). L'énoncé donne le temps en minutes. Vous devez impérativement convertir les minutes en secondes (\(1 \, \text{min} = 60 \, \text{s}\)) avant de faire la division.

Normes (la référence réglementaire)

Le TOF, avec son unité standard de s⁻¹, est la métrique de référence dans la communauté scientifique de la catalyse pour rapporter l'activité d'un catalyseur. L'utilisation d'une unité standardisée est essentielle pour permettre la comparaison et la reproductibilité des résultats à l'échelle mondiale.

Formule(s) (l'outil mathématique)

\text{TOF} = \frac{\text{TON}}{t} = \frac{n_{\text{réactif réagi}}}{n_{\text{catalyseur}} \times t}

Hypothèses (le cadre du calcul)

On suppose que la vitesse de la réaction est restée relativement constante sur les 10 minutes pour que le TOF calculé représente une vitesse moyenne pertinente. En réalité, la vitesse diminue au fur et à mesure que le réactif est consommé.

Donnée(s) (les chiffres d'entrée)

Turnover Number, \(\text{TON} = 1200\) (résultat de la Q3)
Temps de réaction, \(t = 10 \, \text{minutes}\)

Astuces (Pour aller plus vite)

Faites toujours la conversion du temps en premier. \(10 \, \text{min} = 10 \times 60 = 600 \, \text{s}\). Une fois cette conversion faite, le reste du calcul est une simple division.

Schéma (Avant les calculs)

Calcul de la Vitesse du Catalyseur

Calcul(s) (l'application numérique)

1. Conversion du temps en secondes :

\begin{aligned} t &= 10 \, \text{min} \times 60 \, \text{s/min} \\ &= 600 \, \text{s} \end{aligned}

2. Calcul de la Turnover Frequency :

\begin{aligned} \text{TOF} &= \frac{\text{TON}}{t} \\ &= \frac{1200}{600 \, \text{s}} \\ &= 2.0 \, \text{s}^{-1} \end{aligned}

Schéma (Après les calculs)

Résultat du TOF

Réflexions (l'interprétation du résultat)

Un TOF de \(2.0 \, s^{-1}\) signifie qu'en moyenne, chaque ion fer a réalisé deux cycles catalytiques complets par seconde. C'est une mesure de la vitesse à laquelle le catalyseur "travaille". Cette valeur permettrait de comparer directement l'efficacité de l'ion fer avec d'autres catalyseurs (par exemple des ions cuivre ou manganèse) dans les mêmes conditions.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

L'erreur la plus courante est d'oublier de convertir le temps en secondes, ce qui donnerait un TOF en \(min^{-1}\). Bien que mathématiquement correct, ce n'est pas l'unité standard et cela rend la comparaison avec d'autres données de la littérature impossible.

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)

La Turnover Frequency (TOF) est le TON divisé par le temps de réaction en secondes. C'est une mesure de la vitesse (activité) du catalyseur.

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Les enzymes sont les catalyseurs de la nature. Certaines sont incroyablement rapides. L'anhydrase carbonique, une enzyme contenant du zinc, a un TOF d'environ \(10^6 \, s^{-1}\), ce qui signifie qu'une seule molécule d'enzyme peut hydrater un million de molécules de CO₂ par seconde !

FAQ (pour lever les doutes)

Le TOF est-il toujours constant pendant la réaction ?

Non, c'est une simplification. Le TOF calculé ici est un TOF moyen sur 10 minutes. En réalité, la vitesse de réaction (et donc le TOF instantané) est plus élevée au début (quand la concentration en réactif est maximale) et diminue au fur et à mesure que le réactif est consommé.

Résultat Final (la conclusion chiffrée)

La Turnover Frequency (TOF) du catalyseur est de \(2.0 \, s^{-1}\).

A vous de jouer (pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)

Un catalyseur avec un TON de 1000 est utilisé pendant 5 minutes. Quel est son TOF (en s⁻¹) ?

Outil Interactif : Efficacité Catalytique

Modifiez la quantité de catalyseur et le temps de réaction pour voir l'impact sur les indicateurs de performance.

Paramètres de la Réaction

Masse de Catalyseur FeCl₃ (mg) 162.2 mg

Temps de réaction (minutes) 10 min

Conversion de H₂O₂ (%) 60 %

Indicateurs de Performance

Moles de H₂O₂ réagies -

Turnover Number (TON) -

Turnover Frequency (TOF) -

Quiz Final : Testez vos connaissances

1. Un catalyseur augmente la vitesse d'une réaction en...

Augmentant l'énergie des produits
Diminuant l'énergie des réactifs
Diminuant l'énergie d'activation

2. Si on double la quantité de catalyseur (en gardant les autres paramètres constants), le TON...

Est divisé par deux
Reste le même
Double

Catalyseur: Substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique sans être consommée. Il offre un chemin réactionnel alternatif avec une énergie d'activation plus faible.
Turnover Number (TON): Nombre de moles de réactif converties par mole de catalyseur. C'est une mesure de la productivité et de la durée de vie du catalyseur.
Turnover Frequency (TOF): Nombre de moles de réactif converties par mole de catalyseur et par unité de temps. C'est une mesure de la vitesse intrinsèque du catalyseur.