MINT lernen

Katalysatoren

Ein paar Iodid-Ionen genügen, und Wasserstoffperoxid zerfällt schäumend — am Ende sind die Iodid-Ionen immer noch da.

1

Ein anderer Reaktionsweg

Ein Katalysator drückt die Barriere nicht einfach herunter — er öffnet einen neuen Weg über niedrigere Hügel.

  • Katalysator:Stoff, der eine Reaktion beschleunigt und nach der Reaktion unverändert vorliegt.
  • Teilschritte:Der Katalysator reagiert mit einem Edukt und wird in einem späteren Schritt zurückgebildet.
  • Zwischenprodukt:entsteht in einem Teilschritt und wird im nächsten wieder verbraucht — im Energiediagramm ein Tal.
  • Übergangszustände:Jeder Teilschritt hat einen eigenen Übergangszustand, also einen eigenen Hügel.
  • Wirkung:Der höchste Hügel des neuen Weges ist niedriger: \(E_{A,\text{kat}} < E_A\).
  • Unverändert:Edukte, Produkte und \(\Delta_rH\) — Anfang und Ende des Diagramms liegen gleich hoch.
  • Beispiel:\(\ce{2 H2O2(aq) -> 2 H2O(l) + O2(g)}\), \(\Delta_rH = -189{,}2\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}\); mit Iodid-Ionen sinkt \(E_A\) von etwa \(75\) auf \(56\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}\).
Merke

Katalysator: senkt die Aktivierungsenergie über einen anderen Reaktionsweg — \(\Delta_rH\) bleibt gleich, und er liegt am Ende unverändert vor.

Zerlege den Zerfall von Wasserstoffperoxid mit „✂ Zerlegen“ in die Teilschritte der Iodid-Katalyse. Bringe sie in die richtige Reihenfolge (ziehen, oder Leertaste – Pfeiltasten – Leertaste) und setze mit „Zusammensetzen“ das Energiediagramm neu zusammen.

Ein Berg, zwei Hügel

Halte fest: Der Katalysator ersetzt einen hohen Berg durch zwei niedrigere Hügel mit einem Zwischenprodukt dazwischen — Anfang, Ende und \(\Delta_rH\) bleiben, der Katalysator kürzt sich aus der Summe heraus.

2

Arten der Katalyse

  • Homogen:Katalysator und Edukte liegen in derselben Phase vor, z. B. Iodid-Ionen in wässriger Lösung.
  • Heterogen:Der Katalysator ist fest, die Edukte sind gasförmig oder gelöst; die Reaktion läuft an seiner Oberfläche, z. B. Platin im Abgaskatalysator.
  • Oberfläche:Je feiner verteilt der feste Katalysator, desto größer die Oberfläche und desto stärker die Wirkung.
  • Biokatalysatoren:Enzyme sind Proteine, die meist nur eine bestimmte Reaktion beschleunigen, z. B. Katalase in Leberzellen beim Abbau von \(\ce{H2O2}\).
  • Folge:Bei kleinerer \(E_A\) erreicht bei gleicher Temperatur ein viel größerer Anteil der Teilchen die Schwelle — die Reaktion läuft schneller.
3

Allgemeine Hinweise

Nicht verbraucht — aber beteiligt

Der Katalysator reagiert in einem Teilschritt mit und wird im nächsten zurückgebildet. In der Gesamtgleichung steht er deshalb höchstens über dem Pfeil.

Enden festhalten

Beim Zeichnen zuerst Edukt- und Produktniveau übernehmen: Mit und ohne Katalysator liegen sie gleich hoch, nur die Hügel dazwischen ändern sich.

Tal oder Gipfel?

Zwischenprodukte liegen in Tälern und lassen sich manchmal nachweisen. Übergangszustände sind Gipfel — sie existieren nicht als fassbarer Stoff.

Videos