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Katalysator


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Ein Katalysator ist ein Stoff der eine chemische in ihrer Reaktionsgeschwindigkeit beeinflusst ohne dabei verbraucht zu werden. geschieht durch Herauf- oder Herabsetzung der Aktivierungsenergie . Katalysatoren die die Aktivierungsenergie herabsetzen werden positive Katalysatoren bezeichnet welche die die Aktivierungsenergie als negative Katalysatoren oder Inhibitoren.

Weitere Fachbegriffe zum Thema Katalysator: Autokatalyse homogene Katalyse heterogene Katalyse Katalysatorgift und Biokatalysatoren

Inhaltsverzeichnis

Geschichte

Seit der Antike wurden chemische Reaktionen Hilfe von Katalysatoren ausgeführt. Erst Jöns Jakob Berzelius kam 1835 zu der Erkenntnis daß eine Vielzahl Reaktionen nur dann erfolgten wenn ein bestimmter zugegen war der jedoch nicht verbraucht wurde. Meinung nach wurden diese Stoffe nicht umgesetzt jedoch durch ihre Anwesenheit die Energie über katalytische Kraft. Er bezeichnete diese Stoffe als (griech. Auslösung).

In der Folgezeit gelang es ein Verständnis für die thermodynamischen Hintergründe der Katalyse gewinnen. Wilhelm Ostwald definierte den Katalysator wie folgt:

"Ein Katalysator ist ein Stoff der die einer chemischen Reaktion erhöht ohne selbst dabei zu werden und ohne die endgültige Lage thermodynamischen Gleichgewichts dieser Reaktion zu verändern."

Für seine Arbeiten um die Katalyse Wilhelm Ostwald 1909 den Nobelpreis für Chemie .

Chemie

Die Wirkungsweise eines Katalysators beruht auf Möglichkeit den Mechanismus einer chemischen Reaktion derart verändern daß die Aktivierungsenthalpie herabgesetzt wird. Dieses über die Bildung einer reaktiven Zwischenverbindung (auch Komplex) und die weitere Abreaktion zu den wobei der eingesetzte Katalysator zuückgebildet wird.

In der Grafik gibt die obere die Reaktion

<math> A + B \rightarrow AB

wieder. Die Aktivierungsenergie wird mit <math> </math> bezeichnet. Die untere Kurve zeigt den der durch <math> C </math> katalysierten Reaktion. wird über einen Übergangszustand (1. Maxima) ein erreicht welches der Verbindung <math> AC </math>

<math> A + C \rightarrow AC

Über einen weiteren Übergangszustand wird das <math> AB </math> erreicht wobei der Katalysator C </math> zurückgebildet wird.

<math> B + AC \rightarrow AB C </math>

Die mit <math> A_C </math> bezeichnete der katalysierten Reaktion ist deutlich geringer.

Die Herabsetzung der Aktivierungsenergie durch positive ist bei chemischen Reaktionen von großer kommerzieller Hier begünstigt das Vorhandensein eines Stoffes (Katalysator) andere chemische Reaktion wesentlich ohne dass der selbst dabei letztlich verbraucht wird. Ohne die des Katalysators würde die jeweilige chemische Reaktion viel langsamer erfolgen.

Als Beispiel kann die Katalytische Verbrennung Wasserstoff mit Sauerstoff angeführt werden. Diese Verbrennung thermodynamisch so günstig dass sie prinzipiell freiwillg sollte jedoch aufgrund der Aktivierungsenergie so stark ist dass die Reaktionsgeschwindigkeit sehr gering ist. Anwesenheit eines Platinkatalysators kann diese Aktivierungsenergie derart erniedrigen dass Reaktion dann mit hinreichend schneller Geschwindigkeit abläuft. Vorgängen bei denen mehrere Reaktionsprodukte entstehen können insbesondere die Selektivität eines Katalysators eine sehr wichtige Rolle.

Katalysatoren sind nicht nur in der Industrie von Bedeutung sondern auch bei der ( Enzyme ). Die Inhibtoren haben dagegen keine kommerzielle

Bedeutung der Katalysatoren

Katalysatoren sind heutzutage kaum noch aus Leben wegzudenken. Derzeit wird geschätzt dass etwa aller chemischen Erzeugnisse eine katalytische Stufe in Wertschöpfungskette durchlaufen. Durch slektive und aktive Katalysatoren in der Regel Energie eingespart und der von Nebenprodukten reduziert. Im Falle der abgaskatalytischen (z.B. PKW) werden unvermeidbar gefährliche Substanzen in gefährliche umgesetzt (z.B. giftige Stickoxide in ungiftigen und Sauerstoff).

Nicht minder bedeutsam für unsere Umwelt aber auch die Abgasnachbehandlung von industriellen Produktionen Kraftwerken.

Beispiel : Im Autokatalysator reagiert das Atemgift Kohlenstoffmonoxid (CO) mit Sauerstoff (O 2 ) zum Treibhausgas Kohlenstoffdioxid (CO 2 ).

Beispiele für Katalysatoren

Cereisen ( Ammoniaksynthese ) Platin Rhodium Palladium Divanadiumpentoxid und Samariumoxid katalysiert die Hydrierung und Dehydrierung von Ethanol .

Fahrzeugkatalysator Bekanntestes Beispiel ist der Katalysator im zur Reduktion der Abgasemission bei dem das Gerät nach der chemisch wirksamen Substanz benannt

Wichtige Katalytische Verfahren

Verfahren Produkt Katalysator Bedingung Reaktor
Ammoniaksynthese NH 3 α-Eisen/Al 2 O 3 T=450-500°C p = 25-40 MPa Festbettreaktor
Methanolsynthese CH 3 OH CuO/Cr 2 O 3 oder ZnO/Cr 2 O 3 T = 230 - 280°C ;p = MPa Festbettreaktor
Schwefelsäureherst . H 2 SO 4 V 2 O 5 /Träger T = 400 - 500°C Festbettreaktor



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