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Lehrplan
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01 Feuer
02 Dampf
03 Kennzeichen
04 Vinyl
05 Datenband
06 CD
07 Reifen
08 Öl
09 Katalysator
10 Holz
11 Beton
12 Dämmstoffe
13 Treibgase
14 Treibhaus
15 Regen
16 Brausen
17 Eis
18 Nudeln
19 Butter
20 Protein
21 Kochen
22 Bonbon
Gedanken
Impressum

Was leistet ein Katalysator?

Fragen vorweg

1. Was kam vor Einführung "des Katalysators" aus dem Auto? Was kommt jetzt heraus?

2. Können Sie einen Katalysator reflexhaft, schnell und richtig  in einem Satz definieren? Üben Sie!

3. "Im Menschen arbeiten zehn Millionen verschiedene Katalysatoren" Wo denn? Wozu denn? Wie sehen sie aus? Und wie kommen unsere Kinder an diese Katalysatoren ran?

4. Welche chemischen Reaktionen kann man mit Platin katalysieren? Nennen Sie drei (von hunderten) Beispiele.   
Tipps zur Frage 4:   http://www.seilnacht.com/Lexikon/katalys.htm  , http://de.wikipedia.org/wiki/Ostwaldverfahren   sowie "Autokatalysatoren bestehen aus Keramik mit Platin drin. Etwa die Hälfte des Jahresverbrauchs an Platin geht in solche Autokatalysatoren".

Das folgende wurde montiert aus einem Spaziergang zu Wikipedia: http://de.wikipedia.org/wiki/Katalysator  und  http://de.wikipedia.org/wiki/Aktivierungsenergie 

In mehr als 80 % aller chemischen industriellen Prozesse werden Katalysatoren eingesetzt. Ohne die Anwesenheit des Katalysators würde die jeweilige chemische Reaktion sehr viel langsamer oder gar nicht erfolgen.

Die "amtliche" Definition des Katalysators stammt von 1895 und lautet: "Ein Katalysator ist ein Stoff, der die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöht, ohne selbst dabei verbraucht zu werden."

Als Beispiel kann die katalytische Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff angeführt werden:

H2 + O2 --->  H2O ("Knallgasreaktion")

Diese Verbrennung ist energetisch so günstig, dass sie prinzipiell „freiwillig“ ablaufen sollte. Aufgrund ihrer bei Zimmertemperatur hohen Aktivierungsenergie findet sie dennoch nicht statt. Die Anwesenheit eines Platindrahtes kann diese Aktivierungsenergie derart erniedrigen, dass die Reaktion dann auch bei Zimmertemperatur abläuft. 

Man kann ein Wasserstoff-Feuerzeug bauen, bei dem etwas Platin in den Wasserstoff gehalten wird, wenn er in die Luft strömt - und man erhält eine Wasserstoff-Flamme (Döbereiner-Feuerzeug)

Aktivierungsenergie ist die Energiemenge, die erforderlich ist, um einen physikalischen oder chemischen Prozess zu ermöglichen, in dessen Verlauf eine Barriere überwunden werden muss. 
Am typischsten zum Starten einer Reaktion ( = Ermöglichen eines physikalischen oder chemischen Prozesses) ist das Hochheizen. Es gibt aber auch originelle Wege, durch Aktivierungsenergie Reaktionen zu starten - Mit Reibung (Feuerzeug), Lichtblitz (Chlorknallgas) oder Ultraschall.

Schema des energetischen Verlaufs einer chemischen Reaktion

In Lebewesen laufen fast alle lebensnotwendigen chemischen Reaktionen katalysiert ab (z. B. bei der Photosynthese, der Atmung oder der Energiegewinnung aus der Nahrung). Die verwendeten Katalysatoren gehören weitgehend zur Stoffgruppe der Proteine und können über die DNA vererbt werden: "Enzyme" sind Biokatalysatoren. Wir erben ein Archiv von Enzymen und kaum mehr, das uns dann aus einer Zeugungszelle aufbaut.

Eines der schnellsten Enzyme, das fast alle Lebewesen haben, dient dem Beseitigen eines Zellgiftes: Die Katalase zerlegt Wasserstoffperoxid ( H2O2). Man kann ihrer Arbeit zuschauen, wenn man eine Kartoffel aufschneidet und etwas Wasserstoffperoxid darauftropft.

Entstehen bei Reaktionen mehrere Produkte, spielt die Selektivität eines Katalysators eine sehr wichtige Rolle. Dabei wird der Katalysator so gewählt, dass nur diejenige Reaktion beschleunigt wird, die das erwünschte Produkt erzielt. Verunreinigungen durch Nebenprodukte werden so weitgehend vermieden.

Beim Autokatalysator werden gefährliche Substanzen in weniger gefährliche umgesetzt:

1. Das Atemgift Kohlenstoffmonoxid (CO) 

2. Unverbrannte Kohlenwasserstoffe, die Umweltgifte sind, z.B. CH4 (Methan)

... diese beiden Stoffe werden mit Luftsauerstoff (O2) in ungiftiges Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser (H2O) umgewandelt.

3. Stickoxide NO, NO2, N2O3 werden vom Auto-Katalysator zu Stickstoff und Sauerstoff zerlegt.

Für die Klausur nicht von Bedeutung ist von den Texten hier im Rahmen der Abschnitt "Selektivität eines Katalysators"