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Katalysator

Kinetik: rund um die Reaktionsgeschwindigkeit
Reaktionsgeschwindigkeit: beinflussende Faktoren
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.

Rot                 =          Aktivierungsenergie $E_{A1}$ ohne Katalysator

Schwarz        =          Aktivierungsenergie $E_{A2}$ mit Katalysator

 

  •       unkatalysierte Reaktion:              A + B   $\rightarrow$         AB

 

  •      Katalyse:                               A + B + Kat   $\rightarrow$       [A-Kat] + B    $\rightarrow$      AB + Kat



Energiediagramm Katalyse

Darstellung zur Wirkung des Katalysators als Energiediagramm

 

 

 

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

  • Platin: große poröse molekulare Oberfläche, Verwendung als Fahrzeugkatalysator zur Abgasnachbehandlung oder als Brennzellenkatalysator 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. beim Auto: Gas mit Edukten und feste Oberfläche des Katalysators

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.

Katalyse bei der Verbrennung von Zucker

Zucker allein brennt an der Luft kaum (links), wird etwas Pflanzenasche (Katalysator) auf ihn gestreut, brennt er gut(rechts).

 

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, ihnen ist ein eigenes Kapitel gewidmet.

Biokatalysator Enzym

Biokatalysator Enzym

Wichtig

Video: 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.
Lückentext
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Heterogene Katalyse: Katalysator und Edukte befinden sich in Phasen, z.B. Gas mit Edukte und feste Oberfläche des Katalysator, beim Auto.
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Vorstellung des Online-Kurses Physikalische ChemiePhysikalische Chemie
Dieser Inhalt ist Bestandteil des Online-Kurses

Physikalische Chemie

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Diese Themen werden im Kurs behandelt:

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  • Chemische Thermodynamik
    • Einleitung zu Chemische Thermodynamik
    • Fundamentale Begriffe der Chemie
      • Einleitung zu Fundamentale Begriffe der Chemie
      • Energie
      • Chemische Thermodynamik und Energetik
    • Grundlagen
      • Einleitung zu Grundlagen
      • Erhaltungssätze
      • Systemarten & Reaktionsbedingungen
    • Zustandsgrößen und ihre Regeln
      • Einleitung zu Zustandsgrößen und ihre Regeln
      • Enthalpie
        • Einleitung zu Enthalpie
        • Der Satz von Hess
        • Kalorimetrie
      • innere Energie
      • Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik
      • Der dritte Hauptsatz der Thermodynamik
      • Freie Enthalpie
    • Auf einen Blick: Hauptsätze der Thermodynamik
    • Anwendungsbeispiele zum Verständis der Thermodynamik
      • Einleitung zu Anwendungsbeispiele zum Verständis der Thermodynamik
      • Bestimmung der Wärmekapazität eines Kalorimeters
      • Der Taschenwärmer
  • Kinetik: rund um die Reaktionsgeschwindigkeit
    • Einleitung zu Kinetik: rund um die Reaktionsgeschwindigkeit
    • Reaktionsgeschwindigkeit: beinflussende Faktoren
      • Einleitung zu Reaktionsgeschwindigkeit: beinflussende Faktoren
      • Temperatur
      • Katalysator
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      • Exkurs: Katalyse
        • Einleitung zu Exkurs: Katalyse
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        • Einleitung zu Enzymreaktionen
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        • Katalasereaktion – Beispiel einer Enzymreaktion
        • Michaelis-Menten-Kinetik
        • Biokatalysatoren – Einfluss von Temperatur und pH auf Enzyme
        • Enzymhemmung
          • Einleitung zu Enzymhemmung
          • Kompetitive Hemmung
          • Nichtkompetitive Hemmung
        • Denaturierung
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