Aurélie 11/03/09
 

 

Généralités sur les hydrogénations concours chimie Capes 2009.

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Donner la définition d'un catalyseur.

Un catalyseur augmente la vitesse d'une réaction sans intervenir dans le bilan global.

Donner le diagramme d'énergie potentielle d'une réaction A-->B ( supposée élémentaire et endothermique) non catalysée, et la même réaction catalysée.

Y faire apparaître le ( ou les )état(s) de transition, le (ou les) intermédiaire(s) réactionnel(s) ainsi que les différentes grandeurs énergétiques. On met en abscisse CR, que signifie CR ?

E T : état de transition ; CR : coordonnée réactionnelle

EA : énergie d'activation ; E : énergie de la réaction

# : intermédiaire réactionnel

(1) : absence de catalyseur

(2) : catalyse avec stabilisation de l'état de transition

(3) : catalyse avec remplacement d'une réaction lente par deux réactions plus rapides.

L'utilisation de nickel de Sabatier comme catalyseur implique un processus hétérogène.

Définir la catalyse hétérogène et rappeler les principales étapes d'un mécanisme en catalyse hétérogène.

Le catalyseur est à l'état solide, la phase réactive est liquide ou gazeuse.

- Adsorption des réactifs à la surface du catalyseur

- quand toutes les nouvelles liaisons sont réalisées, le produit peu adhérent au catalyseur se détache de celui-ci par simple agitation thermique

- le catalyseur est d'autant plus efficace que sa surface par unité de masse est grande.


Le nickel est un métal de transition, qu'est-ce qu'un métal de transition ?

Les métaux de transition sont les éléments qui possèdent une sous-couche d partiellement remplie.

Définition moins stricte : le terme transition se réfère aux éléments situés entre le groupe 2 et le groupe 13 du tableau périodique.

Le catalyseur de Wilkinson est un complexe de métal de transition soluble dans le milieu réactionnel.

Définir la notion de complexe. Expliquer pourquoi l'utilisation de ce catalyseur implique une catalyse homogène.

Un complexe est un édifice polyatomique constitué d'un cation ou d'un atome central, entouré de plusieurs ligands ( molécules ou ions ) ; ces derniers délocalisent une partie de leur densité électronique sur le cation ou l'atome central, formant ainsi des liaisons chimiques avec celui-ci.

Une catalyse est dite homogène lorsque le catalyseur ne forme qu'une seule phase avec les réactifs : c'est le cas du catalyseur de Wilkinson, soluble dans les solvants organiques.

Les alcènes.

Comment l'éthène et le propène sont-ils obtenus dans l'industrie ?

éthylène : à partir du naphta provenant de la distillation fractionnée du pétrole (Europe) par vapocraquage ; à partir de gaz naturel riche en éthane (USA) par pyrolyse ou craquage à température élevée.

Propène : craquage catalytique dans les raffineries, déshydrogénation du propane.

La polymérisation par voie radicalaire de l'éthène fornit environ la moitié du tonnage mondial de popyéthylène. Le polymère obtenu par cette méthode n'est pas entierement linéaire mais légèrement ramifié, il est appelé "polyéthylène basse densité" ou PEBD.

Quels sont les noms des différentes étapes de ce mode de polymérisation ? Comment s'explique l'apparition des ramifications ?

 Amorçage : RO-OR --> 2 RO. ; RO. +CH2=CH2 --> RO-CH2-CH2..

Propagation : RO-CH2-CH2. + CH2=CH2 --> RO-CH2-CH2-CH2-CH2..

 RO-CH2-CH2. + nCH2=CH2 --> RO-[CH2-CH2]n-CH2-CH2. .

Terminaison : RO. + RO. =RO-OR par exemple.

Des ramiffications se créent à la suite de l'arrachement d'un hydrogène tout au long de la chaîne de croissance par un centre radicalaire, suivi de l'apparition d'une nouvelle chaîne au niveau de ce nouveau radical.





L'autre moitié de la production mondiale de polyéthylène est obtenue par polymérisation par coordination. Celle-ci s'effectue à température ambiante et pression atmosphérique sur catalyseur à base d'aluminium et de titane. ( Ziegler et Natta, prix Nobel 1963) Le polymére obtenu est parfaitement linéaire, il est nommé " polyéthylène haute densité " PEHD.

Justifier l'influence de la structure sur la densité.

Dans le cas d'un polymère linéaire, les chaînes peuvent se coller les unes aux autres par interaction de Van Der Waals : ce polymère est dense.

Cela n'est pas possible en présence de ramifications, les chaînes étant plus éloignées : le polymère est moins dense.

Le propène est aussi polymérisé par catalyse de coordination et le polypropylène obtenu est isotactique.

Que signifie le terme isotactique ?

Les substituants sont tous du même côté de la chaîne du polymère.





L'atome d'hydrogène et le dihydrogène.

L'hydrogène est le plus leger des éléments. Il occupe la première case de la classification périodique. A l'état naturel, il est formé de trois isotopes stables.

Donner la définition des termes élément et isotope.

Elément : ensemble des atomes qui ont le même nombre de protons dans leur noyau ( même numéro atomique)

Isotope : même numéro atomique mais des nombres de neutrons différents.

Donner les trois isotopes de l'hydrogène, indiquer leurs noms et préciser la composition de leurs noyaux.

Hydrogène 11H ( 1 proton) ; Deutérium 12H ( 1 proton + 1 neutron).

Tritium 13H ( 1 proton) + 2 neutrons.

Citer une utilisation courante des isotopes en chimie.

Application à la détermination d'un mécanisme réactionnel par marquage isotopique.

Traceurs isotopiques : suivi du mouvement d'une substance à grande échelle.

L'énergie de l'atome d'hydrogène est donnée par : E = -E0/n2 ( en eV).

Que représente E0 et quelle est sa valeur ?

-E0 = -13,6 eV, énergie de l'atome dans l'état fondamentel ; E0 = 13,6 eV, énergie d'ionisation.

Comment appelle t-on le nombre n et quelles valeurs peut-il prendre ?

n : nombre quantique principal ; n = 1, 2, 3, 4 .... ( entier positif )

Donner l'allure du diagramme d'orbitales moléculaires de la molécule H2.

Deux électrons liants constituent une liaison chimique ( indice de liaison : 1)

Justifier la non existence de la molécule He2.

Le nombre d'électrons liants est égal au nombre d'électrons antiliants ; l'indice de liaison est nul.

Sans énergie de liaison, les deux atomes d'hélium ne peuvent rester ensemble et se séparent.






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