Substrats et produits

Qu’est-ce qu’un substrat et un produit d’une réaction chimique ?

En chimie, un substrat est un nom utilisé pour des substances, des composés chimiques, des éléments ou des ions qui subissent des transformations lors de réactions impliquant des processus chimiques. Les produits sont le résultat de ces transformations. Dans les procédés industriels, il y a le plus souvent plusieurs produits. Outre les produits principaux, les processus génèrent également des sous-produits. Ceux-ci, à leur tour, peuvent devenir des substrats pour d’autres processus technologiques. Les substrats et les produits dans les procédés chimiques sont très importants à la fois à l’échelle du laboratoire et à l’échelle industrielle. Ces processus sont soumis à un certain nombre de lois, de règles et de principes. En voici quelques uns:

• Équilibre chimique

C’est un état dynamique lié à une réaction chimique réversible, où la vitesse de transformation des substrats en produits est la même que dans le processus inverse, c’est-à-dire dans la transformation des produits en substrats. Cela est vrai dans des conditions spécifiques telles que la concentration, la température et la pression. Lorsqu’un équilibre chimique se produit, les concentrations de substrats et de produits sont les mêmes. Il convient toutefois de rappeler qu’il ne s’agit pas d’un état permanent. La nature d’un équilibre chimique est dynamique. Même une légère interférence avec les conditions de la réaction la modifie.

• Le principe de Le Chatelier (la loi d’équilibre)

Le principe de Le Chatelier stipule que lorsqu’un système en équilibre chimique est soumis à un stimulus spécifique (par exemple un changement de température), les conditions de la réaction qui se produit changent de manière à contrecarrer en partie le changement appliqué. De plus, la concentration des substrats et des produits influence l’équilibre chimique. Toute modification de la quantité de l’un des constituants modifie l’équilibre établi. Si un produit est retiré du système, le système répondra de telle manière qu’une certaine quantité du substrat réagira pour reconstituer la substance retirée. Une situation similaire se produira lorsqu’un substrat est retiré du système. Le principe de Le Chatelier permet (notamment dans les procédés technologiques) de contrôler le déroulement d’un processus chimique. Il peut être utilisé soit pour augmenter l’efficacité d’une réaction en cours, soit pour contrecarrer les réactions indésirables.

• Taux de réaction chimique

La vitesse d’une réaction ou d’un processus chimique est définie comme la diminution de la concentration molaire des substrats, ou l’augmentation de la concentration molaire des produits, par unité de temps. La valeur de la vitesse de réaction est déterminée expérimentalement, en mesurant l’évolution de la concentration des réactifs au cours du temps. La vitesse d’une réaction chimique est influencée par la concentration des substrats. La vitesse de réaction est directement proportionnelle à la concentration des réactifs.

Substrats et produits dans les procédés de technologie chimique

Traduire le concept de procédé chimique de l’échelle du laboratoire à l’échelle industrielle est une tâche ardue. Entre autres choses, il comprend une sélection adéquate de substrats (matières premières). Il doit être rentable d’obtenir les substrats, conformes aux principes environnementaux et à toutes les procédures requises pour leur traitement préalable (par exemple, purification des minerais métalliques extraits). En technologie chimique, le procédé doit également être revu en termes de produits à obtenir car en plus du ou des produit(s) principal(aux), il se forme souvent des sous-produits dits. C’est une solution courante pour localiser les installations qui produisent différents composants à proximité les unes des autres. Un sous-produit indésirable dans un processus peut être une matière première clé dans une technologie différente. Il est également recommandé que les substrats n’ayant pas subi la réaction soient recyclés en boucle. Les principes ci-dessus, ainsi qu’un certain nombre d’autres règles, permettent d’effectuer des processus technologiques beaucoup plus efficacement et avec une dépense énergétique moindre. Pour les procédés de technologie chimique, un bilan matière est établi pour chaque installation. Il indique les quantités de matières consommées ou produites, c’est-à-dire les substrats et les produits. Le bilan matière constitue la base pour concevoir et développer un compte économique pour un procédé chimique existant ou en projet. Il est basé sur le principe de la conservation de masse. Un bilan matière bien préparé donne un aperçu clair des quantités de substrats nécessaires, des quantités de produits obtenus et tient compte de la génération de déchets. Graphiquement, il peut être illustré à l’aide d’un diagramme de Sankey.

L’importance des substrats et des produits dans le cadre de la chimie verte

Le pétrole est aujourd’hui la principale matière première de la chimie. La biomasse et les autres substrats qui peuvent être obtenus à partir de sources renouvelables et donc conformes aux principes de la chimie verte deviennent de plus en plus importants. La tendance devrait se poursuivre dans les années à venir. La biomasse est importante non seulement en tant que matière première à des fins énergétiques, mais elle peut également être utilisée efficacement pour obtenir des produits chimiques, tels que des additifs pour les produits pharmaceutiques , les cosmétiques et les aliments. Les progrès des technologies de traitement de la biomasse permettent d’en extraire des matériaux et des produits chimiques à haute valeur ajoutée. Le développement de procédés d’obtention de substrats notamment à partir de parties végétales, telles que tiges, feuilles ou racines, est également dynamique. Nous sommes désormais capables, par exemple, de synthétiser des nanoparticules d’argent à partir d’extraits de feuilles de chou. En particulier dans les procédés à grand volume, un problème important est la gestion des sous-produits résultant des procédés chimiques. Il sera avantageux d’obtenir des matériaux facilement biodégradables . Les polymères dégradables, par exemple, gagnent en importance. Ce sont des polymères qui peuvent se décomposer dans l’environnement beaucoup plus rapidement que les polymères conventionnels. Ils peuvent se dégrader lorsqu’ils sont exposés à des radiations, à des micro-organismes, à des enzymes ou à certains produits chimiques.