Qu'est-ce qu'un catalyseur à l'acide sulfurique?
Un catalyseur à base d'acide sulfurique est un composé chimique contenant de l'hydrogène, du soufre et de l'oxygène, de formule moléculaire H2SO4. Bien qu'il ne soit présent qu'à l'état de traces, il contribue considérablement à accélérer une réaction en réduisant son énergie d'activation. L'acide sulfurique est l'un des produits chimiques les plus produits au monde. Utilisé comme catalyseur, il peut provoquer des réactions chimiques, même s'il est utilisé en petites quantités. Il est souvent utilisé comme catalyseur acide générique pour la fabrication d'une grande variété de produits, y compris les plastiques, les carburants et les vêtements.
En général, un catalyseur est un type de molécule qui aide à accélérer une réaction sans être consommé. Souvent, de petites quantités suffisent pour provoquer des réactions difficiles ou impossibles à réaliser. Les catalyseurs tels que l'acide sulfurique diminuent l'énergie d'activation d'une réaction en fournissant de nouveaux états intermédiaires grâce auxquels une réaction peut se dérouler. L'acide sulfurique peut le faire parce que c'est un acide fort qui peut donner des protons aux réactifs, permettant aux réactifs de former des ions chargés positivement, également appelés cations. Dans le processus, l'acide sulfurique devient un ion chargé négativement, ce qui contribue en outre à stabiliser les réactifs chargés positivement, leur permettant de subir d'autres réactions souhaitables.
Les catalyseurs d'acide sulfurique sont utilisés dans de nombreux processus de fabrication industriels importants. Dans une réaction remarquable, un catalyseur d'acide sulfurique est utilisé dans la production de nylon. Le nylon, matériau polyvalent utilisé dans la confection de vêtements et de tissus, est synthétisé à partir de monomères de caprolactame. Le caprolactame, quant à lui, est produit lorsque la cyclohexanone oxime subit ce qu’on appelle un réarrangement de Beckmann en présence d’un catalyseur à l’acide sulfurique. Le catalyseur à base d’acide sulfurique cède un proton à la cyclahexanone oxime, ce qui diminue l’énergie de l’intermédiaire de réaction et permet à la molécule de réorganiser ses atomes pour donner le monomère de nylon.
Un catalyseur à base d’acide sulfurique est également utilisé dans la production d’additifs pour carburants pour l’essence. L'isoctane est un additif important fréquemment associé à l'essence pour augmenter l'indice d'octane du carburant. L'industrie pétrolière produit de l'isooctane en combinant de l'isobutylène et de l'isobutane en présence d'un catalyseur à base d'acide sulfurique. Une fois encore, l’acide sulfurique contribue à la création d’intermédiaires de réaction à plus basse énergie en faisant don de protons pour favoriser la synthèse.
Les catalyseurs d'acide sulfurique sont souvent choisis en raison de leur prix, de leur disponibilité et de leur commodité, car tout catalyseur acide générique peut être utilisé dans la réaction. Le premier produit chimique de prédilection est souvent l’acide sulfurique, car il n’est pas cher et qu’il s’agit de l’un des produits chimiques les plus largement disponibles au monde. Connu à l'origine comme huile de vitriol, l'acide sulfurique a été l'un des premiers produits chimiques à avoir été découvert et purifié. On trouve maintenant de l'acide sulfurique dans l'inventaire de presque tous les laboratoires et usines de produits chimiques du monde.