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Katalyse

Katalyse

Außer durch Konzentration und Temperatur wird die Reaktionsgeschwindigkeit in einem System durch die Anwesenheit von Katalysatoren bestimmt. Die Beeinflussung der Reaktionsgeschwindigkeit bezeichnet man als Katalyse. Man unterscheidet hierbei:

  • homogene Katalyse: Der Katalysator befindet sich mit den reagierenden Stoffen in einer Phase (Lösung oder Gasphase).
  • heterogene Katalyse: Der Katalysator bildet eine eigene (meist feste) Phase.

Früher wurde auch gelegentlich noch unterschieden zwischen positiver und negativer Katalyse. Positive Katalyse entspricht dem üblichen Fall einer Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit durch den Katalysator. Unter dem weniger gebräuchlichen Begriff negative Katalyse ist eigentlich eine Desaktivierung zu verstehen, das heißt eine Senkung der Reaktionsgeschwindigkeit zum Beispiel durch Abfangen oder Komplexieren katalytisch wirksamer Stoffe.

So unterschiedlich die Wirkungsweise der Katalysatoren, das heißt der Reaktionsmechanismus katalysierter Reaktionen sein kann, so lassen sich doch einige gemeinsame Grundprinzipien nennen:

Hinweis
Ein Katalysator beinflusst nur die Reaktionsgeschwindigkeit der Gleichgewichtseinstellung, nicht die Lage des Gleichgewichts einer Reaktion. Er läßt Ausgangs- und Endzustand der Reaktion unverändert und kann deshalb nicht eine thermodynamisch unmögliche Reaktion auslösen. Ein Katalysator beeinflusst Hin- und Rückreaktion gleichermaßen.

Es gibt keine einheitliche Theorie der Katalyse, vielmehr existieren verschiedene Modelle für bestimmte Klassen von katalytischen Reaktionen. Katalytische Wirkungen werden stets durch intensive Wechselwirkungen zwischen den Reaktionspartnern und dem Katalysator verursacht. Es kann dabei zur Ausbildung chemischer Bindungen zwischen den reagierenden Molekülen und dem Katalysator kommen; dieses Zwischenprodukt reagiert dann zu den Endprodukten weiter, wobei der Katalysator wieder freigesetzt wird, das heißt man benötigt den Katalysator nur in relativ geringen Konzentrationen und nicht in stöchiometrischen Mengen. Eine katalysierte Reaktion kann formuliert werden als

Abb.1

Die alternative Darstellung stellt die Veränderungen am Katalysator in den Vordergrund.

Andererseits kann die katalytische Wirkung auch mehr physikalischer Natur sein, etwa in der Weise, dass durch Polarisierung die Elektronenbindungen gelockert werden und der Reaktionspartner dann leichter reagiert.

In jedem Fall verändert der Katalysator den Mechanismus der betreffenden Reaktion. Entscheidend ist hierbei, dass die katalysierte Reaktion mit einer niedrigeren Aktivierungsenergie als die nicht katalysierte verläuft, was wiederum zu einer Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit führt.

Abb.2
Abb.3
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