Katalysator

Katalysator, im chemischen Sinn eine Substanz, die so auf den Verlauf einer chemischen Reaktion einwirkt, dass diese praktisch schneller von den Ausgangsprodukten zu den Endprodukten abläuft. Zusätzlich geht der Katalysator unverändert aus dieser Reaktion wieder hervor. Katalysatoren setzen im Prinzip die so genannte Aktivierungsenergie herab, die zum Ablauf einer Reaktion erforderlich ist, diese also erst ermöglicht. In einem etwas weiter gefassten Sinn verwendet man den Begriff „Katalysator” auch für eine Kombination von mehreren Substanzen, die zusammen die Eigenschaften eines Katalysators besitzen. In der Technik bezeichnet man darüber hinaus auch eine technische Vorrichtung als Katalysator, wie z. B. den Abgas-Katalysator beim Auto. Enzyme zählen zu den so genannten Biokatalysatoren und spielen eine wesentliche Rolle in lebenden Organismen.

Als homogene Katalyse bezeichnet man den Prozess, bei dem der Katalysator sich in Lösung mit den zu reagierenden Ausgangsprodukten oder in der gleichen Phase wie diese Stoffe befindet. Der Katalysator verbindet sich zunächst mit einem der reagierenden Stoffe und bildet eine Übergangsverbindung, die mit dem zweiten Ausgangsprodukt schneller zum Endprodukt reagiert. Der Katalysator beeinflusst jedoch nicht das chemische Gleichgewicht der Reaktion (siehe Gleichgewicht), da der Zerfall der Produkte in seine Bestandteile ähnlich stark beschleunigt wird. Ein Beispiel für eine homogene Katalyse ist die Polymerisation (siehe Polymer) von Ethylen (siehe auch Polyethylen) mit dem Katalysatorsystem aus Titantetrachlorid (TiCl₄) und Triethylaluminium (Al(C₂H₅)₃).

Ein Katalysator, der sich nicht in derselben Phase wie die miteinander reagierenden Stoffe befindet, wird als heterogener Katalysator oder auch als Kontaktkatalysator bezeichnet. Kontaktkatalysatoren sind Stoffe, die die Fähigkeit besitzen, Moleküle von Gasen oder Flüssigkeiten auf ihre Oberfläche zu adsorbieren. Ein Beispiel für heterogene Katalyse ist die Verwendung von fein verteiltem Platin zur Beschleunigung der Reaktion von Kohlenmonoxid mit Sauerstoff zu Kohlendioxid. Diese Reaktion wird u. a. in Autoabgaskatalysatoren benutzt, um Kohlenmonoxid aus den Abgasen zu entfernen.

Feinst verteilte Katalysatorteilchen wirken in Lösungen mehr oder weniger zufällig auf die umzusetzenden Moleküle ein. Der Wirkungsgrad eines Katalysators lässt sich bedeutend erhöhen, wenn man die Partikel in einer ordentlichen Struktur formiert und so mit den umzusetzenden Ausgangsprodukten zur Reaktion bringt. Stoffe, die die Wirkung eines Katalysators verringern, werden technisch als Gift bezeichnet. Bleiverbindungen verringern die Fähigkeit des Platins, als Katalysator zu wirken. Daher müssen Kraftfahrzeuge mit Katalysator mit unverbleitem Benzin betrieben werden.