Katalysator

Ein Katalysator ist ein Stoff, der die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöht, sie beschleunigt. Er setzt die Aktivierungsenergie, die Energie, welche notwendig ist, um eine an sich spontane Reaktion in Gang zu setzen (Wärmeenergie, mechanische Energie, Lichtenergie), herab, geht aber selbst unverändert aus der Reaktion hervor. Katalysatoren wirken nur selektiv, d. h. man kann nur bestimmte Katalysatoren für bestimmte Reaktionen einsetzen.

Blau = Aktivierungsenergie E_A1 ohne   Katalysator

Rot   = Aktivierungsenergie E_A2   mit   Katalysator

Darstellung zur Wirkung des Katalysators als Energiediagramm

Es gibt viele Katalysatoren, die wichtigsten Beispiele und deren Einsatzgebiete sind:

• Platin: große poröse molekulare Oberfläche, als Fahrzeugkatalysatoren zur Abgasnachbehandlung oder als Brennzellenkatalysatoren zur Umwandlung von Oxidationsenergie in elektrisch verwendbare Energie
• Aluminiumoxid: Katalysator zur Gewinnung von Ammoniak im Haber-Bosch-Verfahren
• Rhodium: HNO₃-Gewinnung
• Vanadiumpentoxid: V₂O₅, Kontaktverfahren zur Schwefelsäuregewinnung

Des Weiteren unterscheidet man bei der Katalyse zwei Formen:

• Homogene Katalyse:  Katalysator in der gleichen Phase wie die Edukte, z.B. alle in wässriger Phase
• Heterogene Katalyse: Katalysator und Edukte in unterschiedlichen Phasen, z.B. Gas mit Edukte und feste Oberfläche des Katalysator, beim Auto.

Es findet meist eine Chemisorption statt, bei der die adsorbierten Moleküle durch chemische Bindungen an die Oberfläche fixiert werden. Mit der Bildung dieser Bindungen geht eine Verteilungsänderung der Elektronen im Molekül einher; so werden manche Molekülbindungen geschwächt oder sogar aufgebrochen.

Die Wirkung des Katalysators kann durch sogenannte Katalysatorgifte unterbunden oder geschwächt werden.

Biokatalysatoren finden wir in unserem Körper als Enzyme, Komplexe aus Aminosäuren oft assoziiert mit Metallionen. Sie folgen dem Wirkungsprinzip der Katalysatoren.