Katalysatoren meistern mit Quiz und Erklärungen

Katalysatoren verstehen: Wirkungsweise und häufige Missverständnisse

Ein Katalysator ist ein Stoff, der die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöht, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Er bietet einen alternativen Reaktionsweg mit niedrigerer Aktivierungsenergie, häufig über vorübergehend gebildete Zwischenprodukte oder adsorbierte Teilchen an seiner Oberfläche. Wichtig ist: Der Katalysator beschleunigt die Hin- und die Rückreaktion gleichermaßen. Er ändert also weder die Reaktionsenthalpie noch die Gleichgewichtslage, sondern sorgt nur dafür, dass das Gleichgewicht schneller erreicht wird.

Man unterscheidet vor allem heterogene und homogene Katalyse. Bei der heterogenen Katalyse liegt der Katalysator in einer anderen Phase als die Ausgangsstoffe, typischerweise als festes Metall wie Platin oder Nickel, während Gase daran reagieren. Die Teilschritte sind Adsorption, Reaktion an der Oberfläche und Desorption der Produkte. Bei der homogenen Katalyse liegen Katalysator und Reaktanden in derselben Phase, etwa gelöst; ein klassisches Beispiel ist die Säurekatalyse der Esterhydrolyse. Biologische Katalysatoren sind Enzyme, die durch ihr aktives Zentrum hochspezifisch und unter milden Bedingungen arbeiten.

Ein häufiges Missverständnis ist, ein Katalysator senke die Aktivierungsenergie der ursprünglichen Reaktion. Tatsächlich öffnet er einen neuen Reaktionsweg mit geringerer Barriere. Ebenso falsch ist die Annahme, Katalysatoren würden endotherme Reaktionen möglich machen oder den Umsatz über das Gleichgewicht hinaus steigern; sie erhöhen nur die Reaktionsgeschwindigkeit. Auch die Vorstellung, Katalysatoren würden sich nie verändern, stimmt nur für die Gesamtbilanz: In der Praxis altern Katalysatoren durch Vergiftung, Verkokung oder Oberflächenverlust und müssen regeneriert oder ersetzt werden. Technisch bedeutend sind zum Beispiel der Drewegekatalysator im Auto und das Haber-Bosch-Verfahren mit Eisenkatalysatoren.