Katalysator – Eigenschaften und Verwendung

Ein Katalysator ist in der Chemie ein Stoff, der bei einer chemischen Reaktion die Aktivierungsenergie herabsetzt und gleichzeitig die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht, ohne dass er dabei selbst konsumiert wird. Damit ändert ein Katalysator die Kinetik chemischer Reaktionen, nicht jedoch ihre Thermodynamik.

Eigenschaften eines Katalysators

Er beschleunigt sowohl die Hin- und Rückreaktion und ändert somit nichts an dem Gleichgewicht einer Reaktion. Zusammenfassend hat ein Katalysator folgende Eigenschaften: Er beschleunigt eine chemische Reaktion bzw. erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit, er verringert die Aktivierungsenergie, er hat eine selektive Wirkung, d.h. dass bestimmte chemische Reaktionen bestimmte Katalysatoren benötigen, und er wird bei keiner chemischen Reaktion in irgendeiner Weise verändert.

Vorkommen und Einsatz von Katalysatoren

In der Natur kommen Katalysatoren in verschiedenster Art vor. Bei Lebewesen laufen fast alle chemischen Reaktionen katalysiert ab. Beispiele hierfür sind die Fotosynthese, die Energiegewinnung aus der Nahrung oder die Atmung. Dabei sind die Katalysatoren meist bestimmte Enzyme (Eiweiße). Da ein Katalysator die Aktivierungsenergie von chemischen Reaktionen herabsetzt, haben Katalysatoren verständlicherweise eine große kommerzielle Bedeutung. Mehr als 80% der chemischen Prozesse in der Industrie werden mit ihnen durchgeführt, da die chemischen Reaktionen ohne Katalysator nicht oder nur verlangsamt stattfinden würden.

Selektivität von Katalysatoren

Wenn bei chemischen Reaktionen mit Katalysator mehrere Produkte entstehen, kommt der Selektivität des Katalysators eine sehr wichtige Rolle zu. Der Katalysator wird dann so gewählt, dass nur die chemische Reaktion beschleunigt wird, die das gewünschte Produkt erzielt. So werden Verunreinigungen durch Nebenprodukte vermieden. Der Einsatz von selektiven und aktiven Katalysatoren ist für den Umweltschutz vorteilhaft, da dadurch meist Energie eingespart und die Menge an Nebenprodukten reduziert wird. Auch von Bedeutung ist hier die Abgasnachbehandlung in der industriellen Produktion oder in Elektrizitätswerken. Bei den abgaskatalytischen Verfahren z.B. in PKWs werden gefährliche Substanzen in weniger gefährliche umgesetzt. Beispielsweise reagiert beim Autoabgaskatalysator das giftige Kohlenmonoxid mit Stickoxid und Sauerstoff zu dem nicht giftigen Kohlendioxid und Stickstoff.