Referat Der Katalysator

Der Katalysator

1) Definition

- griechisch "catalysis" = Auflösung, Hindernis beseitigen

- Katalysatoren sind Substanzen, die die Geschwindigkeit einer Reaktion verändert, ohne selbst in der Reaktion eine bleibende chemische Anderung zu erfahren. Sie können die Reaktionsgeschwindigkeit stark beschleunigen und besitzen keinen Einfluss auf das Gleichgewicht des Endproduktes.

2) Bedeutung

- Natur -> Photosynthese, Atmung, Energiegewinnung aus Nahrung (Katalysatoren hierbei Enzyme)

- Abgasnachbehandlung

- Korrosionsschutz

- Chemietechnik -> circa 80% aller chemischen Erzeugnisse eine katalytische Stufe in

Wertschöpfungskette

3) Arten

* heterogene Katalysatoren: - typisch dafür gasförmige Edukte/feste Katalysatoren, die

(besonders in der Technik) als Kontakt bezeichnet werden

- Katalyse findet an Oberfläche Katalysators statt

(Oberflächen-/Kontaktanalyse)

- Reaktionstemperatur 200 °C bis 600 °C & oft unter hohem Druck ausgeübt

- PRO: - Katalysatoren lassen nicht trennen

- Metalle/Metalloxide beständig

- CONTRA: - strenge Reaktionsbedingungen

- geringere Selektivität als homogene

Katalysatoren

* homogene Katalysatoren: - typische Reaktanten/Katalysatoren in Lösung vorliegen

- PRO: - relativ niedrige Reaktionstemperatur 20 °C bis

150 °C

- CONTRA: - sehr oxidations-/hydrolyseempfindlich (muss streng unter anaeroben Bedingungen verarbeitet werden)

* Biokatalysator (Biokatalyse): - bezeichnet man ein Biopolymer, das mindestens eine biochemische Reaktion in einem Organismus beschleunigt, indem es die Aktivierungsenergie dieser Reaktion herab- oder heraufsetzt.

- geht nach Abschluss der Reaktion in seinen Ausgangszustand über -> viele Reaktionszyklen hintereinander katalysieren

Edukt <--(Hin-/Rückreaktion durch Enzyme)--> Produkt

- Biokatalysator = Enzyme (bestehen aus Ketten von Aminosäuren), kommen in allen Lebewesen vor (LEBENSNOTWENDIG!)

- PRO: - arbeiten bei relativ niedrigen Temperaturen

30 °C bis 40 °C

- CONTRA: - Enzyme sehr spezifisch, wirken auf nur

eine Substanz z.B. Amylase (Verdauungs- enzym im Speichel/Darm katalysiert nur Stärkespaltung nicht Cellulose, obwohl beide aus Glucosekette)

4) Funktionsweise (am Beispiel der "Knallgas-Reaktion" -> Verbrennung 2

Sauerstoffmolekülen O2 mit 2 Wasserstoffmolekülen H2)

- Ausgangszustand: - geringe Teilchenbewegung & kaum reaktionswirksame

Zusammenstöße

- Platin-Blech-Katalysator: - Adsorption (Anreicherung von Stoffen aus Gasen/ Flüssigkeiten an Oberfläche eines Festkörpers) der Wasserstoffmoleküle

- Trennung der Wasserstoffbindungen

- Zusammenstoß mit Sauerstoffmolekülen führt zur Reaktion

- Desorption (Vorgang bei dem Atome/Moleküle Oberfläche eines Festkörpers verlassen): - gebildete Wassermoleküle H2O verlassen Oberfläche des Platin-Blechs

- Katalysator wieder frei & steht erneut zur Verfügung -> er wird nicht verbraucht

5) Experiment

- Zuckerwürfel anzünden -> funktioniert nicht

- Zuckerwürfel & Zigarettenarsche anzünden -> brennt mit kleiner blauer Flamme

- GRUND: Eisenverbindungen in geringer Menge in Asche vorhanden & wirkt somit als

Katalysator