Katalysator

Oft hört man “erst die Anwesenheit eines Katalysators ermöglicht eine Reaktion”. Diese Aussage ist nur teilweise richtig, da exotherme Reaktionen (ohne Zufügen von Aktivierungsenergie)bei Raumtemperatur mit praktisch nicht beobachtbarer Geschwindigkeit ablaufen (also bereits vor dem Hinzufügen eines Katalysators läuft die Reaktion ab, allerdings mit unendlich langsamer Geschwindigkeit).

Katalysator

Ein Katalysator ist also ein Reaktionsbeschleuniger, der nach der Reaktion selbst wieder unverändert vorliegt (der Katalysator senkt die Aktivierungsenergie). Der Katalysator beschleunigt die Reaktion (Kinetik chemischer Reaktionen), aber nicht deren Energieinhalt (z.B. Energie der Produkte, Thermodynamik chemischer Reaktionen).

Der Katalysator als Reaktionsbeschleuniger

Prinzip:
Der Katalysator erniedrigt die Aktivierungsenergie einer Reaktion, so dass diese beobachtbar schnell bei Raumtemperatur abläuft. Die Erniedrigung der Aktivierungsenergie ist eine Folge der Oberflächenwirkung eines festen Katalysators (z.B. Platin).

Die Oberfläche eines Katalysators kann mit den Edukten wechselwirken (z.B. Platin mit Wasserstoff), dabei werden die Wechselwirkungen zwischen der Katalysatoroberfläche und den Edukten so stark, dass der Zusammenhalt der Atome innerhalb der Edukte immer schwächer werden und so weniger Aktivierungsenergie benötigt wird, um die Atome der Edukte miteinander reagieren zu lassen (z.B Wasserstoff H₂ dissoziiert durch die Wechselwirkung mit dem Platin in Wasserstoffatome H, die an das Platin nur leicht gebunden sind und so die Wasserstoffatome mit einen weiteren Reaktionspartner reagieren können)

Bedeutung von Katalysatoren

• Katalysatoren “katalysieren” in Lebewesen viele lebensnotwendigen chemischen Reaktionen (z.B. in der Atmungskette).

• Etwa 80-90 % aller chemischen Erzeugnisse durchlaufen während des Herstellungsprozesses eine katalytische Reaktion. Ohne die Anwesenheit des Katalysators würden viele chemische Reaktion viel langsamer oder gar nicht erfolgen..

• Ein Katalysator kann die Selektivität einer Reaktion beeinflussen. Dabei wird der Katalysator so gewählt, dass nur diejenige Reaktion beschleunigt wird, die das erwünschte Produkt erzielt, so dass Nebenprodukte weitgehend vermieden werden können (z.B. Lindlar-Katalysator, Cis / Transprodukt bei einer Addition an eine Dreifachbindung)

• Verwendung von Katalysatoren dient auch dem Umweltschutz durch Energieeinsparung (Senkung der Aktivierungsenergie einer Reaktion) und die Vermeidung bzw. Verminderung von Abfällen (Nebenprodukte einer Reaktion). Daneben dienen Katalysatoren auch der Umwelt zur Abgasnachbehandlung, z.B. im PKW, wo gefährliche Substanzen (Kohlenmonoxid) in weniger gefährliche (Kohlendioxid) umgesetzt werden.