CHAPITRE PREMIER

Définition de la catalyse. — Application aux réactions d'hydrogénation.— Méthodes diverses. — Historique et classification.

Si nous n'avons pas, jusqu'ici. prononcé souvent le mot de catalyse, ce n’est pas que nous n'ayons rencontré, tant dans la première que dans la seconde partie de ce Mémoire, un certain nombre de réactions qui relèvent de celte méthode chimique; nous reviendrons sur ce point tout à l'heure.

Tout d'abord, nous essaierons de définir, aussi exactement, que possible, ce que l'on entend par le mot de catalyse.

Benzécius [4], qui a emprunté le mot de catalyse à Lisavius [2]. pour lui donner un sens nouveau. dit dans son traité de chimie publié en 1845 : « La force catalytique paraît consister ‘en ceci que les corps, par leur seule présence et non par leurs affinités, peuvent éveiller les affinités assoupies à celte température ».

Plus récemment, le physico-chimiste, M. Osrwaun [3]. a donné la définition suivante :

« La catalyse est l'action d'une substance qui. sans apparai-

tre dans le produit final d'une réaction, en modifie la vitesse. »

SABATIER fait remarquer dans un ouvrage récent: « La catalyse en chimie organique » [4] que cette définition conduit à considérer comme catalyseurs une infinité de substances ; les dissolvants, quels qu'ils soient, sont des catalyseurs lorsqu'ils n'interviennent pas dans l'équation de la réaction qu'ils permettent d'effectuer. Le même auteur estime qu'il est nécessaire, pour préciser la définition d'Osrwazp, d'insister sur ce fait que les agents chimiques qui jouent le rôle de catalvseur ne modifient pas la limite des réactions réversibles, tout en accélérant leur vitesse.

Il convient d'ajouter que, le plus souvent, on réserve le nom de catalyseur à des substances qui agissent à faible masse et dont une petite quantité suffit pour provoquer la réaction de grandes quantités de matières.

Nous verrons cependant que celte dernière condition n'est pas absolument nécessaire pour caractériser une réaction catalytique (Voir page 140).

En résumé : la catalyse est l'action d'une substance qui, sans apparaître dans le produit final d'une réaction, en accélère la vitesse; si la réaction ainsi accélérée est réversible, la substance catalysante ne modifie pas la limite vers laquelle elle tend pour des conditions données. Le plus souvent, la masse du catalyseur est très petile par rapport à lu masse des produits formés.

Un certain nombre de réactions que nous avons eu l’occasion d'étudier, répondent aux conditions ci-dessus.

L'action d’une très petite quantité de mercure,déposée sur de l'aluminium, provoque la décomposition de l’eau.-par ce métal : Nous avons vu également que le fer, la nitrobenzine et l’eau ne réagissent ensemble pour donner de l’aniline et du sesquioxyde de fer hydraté, qu'à la condition de faire intervenir une petite quantité d'acide chlorhydrique. Ces réactions peuvent être considérées comme des réactions catalytiques.

Enfin, il ne paraît pas douteux que la catalyse joue un rôle important dans les réactions d'électroréduction.

Les méthodes d'hydrogénation qui nous restent à étudier,

mettent à profit l’action catalysante de certains agents chimiques (métaux divisés) sur l'hydrogène, pour l'amener à réagir sur un grand nombre de composés organiques.

C'est le chimiste anglais Derus [5] qui a appliqué le premier, en 1863, l'hydrogénation par catalyse à la chimie organique. Les propriétés catalytiques du platine divisé avaient été mises en évidence longtemps auparavant par les expériences de Davy, en 1817, et de Dæœsere:xer, en 1821. Mais les quelques applications qui avaient été faites, jusqu'à cette époque, étaient restées limitées à la réduction ou à l'oxydation d'un certain nombre de composés minéraux.

Dessus fit passer sur du noir de platine un mélange d'acide cyanhydrique gazeux et d'hydrogène et obtint la méthylamine, produit d'hydrogénation complète du nitrile formique. Mais le composé choisi pour étudier l’action de l'hydrogène dans les conditions de l'expérience se trouvait être, par une circonstance assez malheureuse, un des rares composés qui réagissent sur le platine. La réaction d'hydrogénation, compliquée par la formation d'un cyanure double de platine et de méthylamine, s'arrêta par suile de la destruction du catalyseur.

Dans une autre expérience, tentée sur le nitrite d’éthyle, Desus obtint un mélange d'alcool et d’ammoniaque, au lieu de l'éthylamine attendue, et il abandonna ses recherches.

Entre cette époque et celle où SagariEr et SENDEREXS Commencèrent leurs remarquables travaux, quelques expériences isolées démontrèrent que l'hydrogène pouvait, en présence du platine divisé, acquérir une aclivité chimique plus grande. DE Waizpe [6] réussit en 1874 à transformer l'acétylène en éthylène et en éthane : quelques années avant (1869), Bœrrcer [7] avait fixé sur l’oxyde d'éthyle une certaine quantité d'hydrogène par l'intermédiaire du palladium, mais il ne chercha pas à déterminer la nature du produit formé.

Ces quelques expériences passèrent à peu près inaperçues et jusqu'en 1897, l'hydrogène pris à l'état gazeux (hydrogène moléculaire\ était considéré comme un réactif d'activité à peu près nulle vis à vis des composés organiques.

En 1896, Morssan et Moureu [8] firent réagir l’acétylène sur le fer, le nickel et le cobalt réduits, ainsi que sur le platine

divisé : ils observèrent que l'arrivée du gaz au contact de ces métaux détermine, dès la température ordinaire, une vive incandescence. La majeure partie de l'acétylène est décomposée en carbone et hydrogène, une petite quantité se condense en benzène, stryolène et autres carbures polyacétyléniques.

En 1897, Saparrer et SENDERENS [9] reprirent cette expérience en substituant l'éthylèneà l’acétylène ; ils n'observèrent aucune réaction jusque vers a00° ; à cette température, une incandescence analogue à celle observée par Moissax et Moureu se produisit ; mais il n'y eut pas seulement décomposition de l'éthylène en carbone et hydrogène. Les gaz dégagés contenaient une proportion notable d'éthane qui provenait forcément de la combinaison de l'éthylène non décomposé avec l'hydrogène. SasarTIER et SENDERENS pensèrent que cette combinaison s'était produite grâce à une propriété spéciale du métal. Les expériences qu'ils firent pour vérifier cette hypothèse ont amené la découverte des propriétés catalytiques de divers métaux divisés : nickel, cobalt, fer, cuivre. À leur contact,l'hydrogène gazeux acquiert une activité chimique remarquable dépendant à la fois de la nature du métal, de son état de division et de la température à laquelle les réactions sont eflectuées.

L'élégante simplicité des procédés d'hydrogénation institués par Sasarier et SENDERENS provoqua l'admiration étonnée des chimistes. À peine furent-ils connus qu'ils suscitèrent un peu partout de nombreuses recherches, les unes tendant à accroître le nombre des applications de la nouvelle méthode, les autres, ayant pour but l'étude de réactions catalytiques nouvelles.

Les résultats dès maintenant acquis, sous la poussée d’activité provoquée par la découverte des deux savantsfrançais,constituent l'un des chapitres les plus importants de la chimie organique.

Nous diviserons en deux groupes les procédés d'hydrogénation par catalyse.

Dans le premier nous éludierons ceux d’entre eux où les réactions s’opèrent en système gazeux: ils comportent l'emploi, comme catalyseur, des métaux communs, nickel et cuivre. Le cobalt et le fer qui pourraient aussi être employés ne le sont