Katalysator

Katalysatoren bieten einen alternativen Weg für eine Reaktion mit geringerer Aktivierungsenergie, sodass die Reaktion mit höherer Geschwindigkeit abläuft. Katalysatoren verändern das Gleichgewicht einer Reaktion nicht; sie können lediglich die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen. Ohne einen Katalysator würde die Reaktion also immer noch in dieselbe Richtung laufen, nur langsamer.

Abbildung 1: Eine Reaktion vom Reaktanten zum Produkt ist ein Übergang von einem Energiezustand zum anderen. Zwischen dem Substrat und dem Produkt gibt es einen Übergangszustand. Dieser Zustand hat ein höheres Energieniveau als sowohl das Substrat als auch das Produkt. Durch einen Katalysator wird dieses Energieniveau gesenkt, sodass die Übergangsenergie leichter erreicht wird. Dies führt zu einer schnelleren Reaktionsgeschwindigkeit.

Arten von Katalysatoren

Katalysatoren können je nach ihrer spezifischen Anwendung als homogen oder heterogen klassifiziert werden. Ein homogener Katalysator hat den gleichen Aggregatzustand wie das Reaktionsgemisch, in dem er eingesetzt wird, während ein heterogener Katalysator einen anderen Aggregatzustand als das Reaktionsgemisch aufweist.

Zum Beispiel:

• Homogene Katalysatoren: Chlor aus gasförmigem Fluorchlorkohlenwasserstoff (FCKW) im atmosphärischen Abbau von gasförmigem Ozon.

• Heterogene Katalysatoren: Festes Nickel bei der Hydrierung von flüssigem Ethylen.

Katalysatoren kommen auch in der Natur bei biochemischen Reaktionen vor. Diese biologischen Katalysatoren werden als Enzyme bezeichnet. Enzyme sind große Moleküle, in der Regel Proteine, die sich an bestimmte Substrate binden und diese neu ausrichten, sodass sie leicht reagieren können. Das Vorhandensein eines Enzyms beschleunigt also biologische Reaktionen und Prozesse.