2.5 Katalysatoren

Die Reaktionsverläufe von chemischen Reaktionen können durch Katalysatoren beeinflusst werden. Sie setzen die Aktivierungsenergie herab, wodurch die chemische Reaktion schneller beginnen kann. Solche Reaktionen werden als Katalysereaktionen bezeichnet.

Kennzeichen von Katalysatoren

1. Ein Katalysator erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit, beschleunigt also eine Reaktion.

2. Er setzt die Aktivierungsenergie herab.

3. Er liegt am Ende der Reaktion in unveränderter Form vor, wird also nicht verbraucht.

© Belinda Flemming: Reaktionsverlauf einer exothermen Reaktion VOR und NACH Einsatz eines Katalysators, CC BY-SA

Bedeutung von Katalysatoren

In der Natur (in lebenden Zellen) wird die Katalyse von Enzymen übernommen. Dabei handelt es sich überwiegend um Eiweißverbindungen, die als Biokatalysatoren bezeichnet werden. Ein Beispiel sind die stickstofffixierenden Bakterien in den Wurzelknöllchen von Leguminosen (z. B. Sumpf-Hornklee). Diesen Organismen gelingt es, die hohe Aktivierungsenergie bei Reaktionen des Stickstoffs durch den Einsatz eines Enzyms zu senken und damit eine Reaktion überhaupt erst zu ermöglichen. In Lebewesen laufen fast alle lebensnotwendigen chemischen Reaktionen katalysiert ab, wie zum Beispiel bei unserer Verdauung, der Photosynthese oder der Zellatmung.

Eine kommerzielle Bedeutung erhalten Katalysatoren in der Wertschöpfungskette, da derzeit geschätzt wird, dass etwa 80% der chemischen Erzeugnisse eine katalytische Stufe durchlaufen müssen. Das heißt, ohne Katalysator würden bestimmte chemische Reaktionen gar nicht oder viel langsamer erfolgen.

Katalysatoren erhalten auch Bedeutung für den Umweltschutz, indem diese selektiv eingesetzt werden können. Ein Katalysator wird reaktionsspezifisch so ausgewählt, sodass nur die gewünschte Reaktion beschleunigt wird. Dadurch können Verunreinigungen durch  Nebenprodukte vermieden werden. Zusätzlich wird auch Energie eingespart. Beispiele hierfür sind die Abgasnachbehandlung in der industriellen Produktion oder in Elektrizitätswerken.

Schließlich sei noch auf die große Bedeutung von Katalysatoren im Zusammenhang mit der Reinigung von Autoabgasen und bei zahlreichen chemischen Prozessen hingewiesen. Bei Kraftfahrzeugen werden mit Hilfe von Edelmetallen (Platin, Palladium, Rhodium) schädliche Gase, wie Kohlenmonoxid, Stickoxide und unverbrannte Kohlenwasserstoffe, an der Katalysatoroberfläche umgewandelt.