Katalyse

Katalyse, im allgemeinen Sinn die Veränderung der Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion mit Hilfe eines Katalysators. Im Allgemeinen geht bei diesem Vorgang der Katalysator unverändert aus der Reaktion hervor, d. h., er tritt nicht in der Stoffbilanz auf und bleibt für die Formulierung des chemischen Umsatzes unberücksichtigt. Wird die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht, so spricht man von einer positiven Katalyse – wird sie verringert, so handelt es sich um eine negative Katalyse. Unter der Bezeichnung „Biokatalysator” versteht man eine ganze Reihe von Stoffen, die bei biochemischen Reaktionen, z. B. im lebenden Organismus, als Katalysator wirken. Zu ihnen zählen beispielsweise Enzyme, Hormone und Vitamine.

Ein Katalysator kann nur thermodynamisch mögliche Reaktionen beeinflussen, er ist also nicht in der Lage, z. B. einen irreversiblen Prozess umzukehren. Formal betrachtet läuft eine chemische Reaktion über Hin- und Rückreaktion ab. Zwischen Hin- und Rückreaktion pendelt sich ein Gleichgewichtszustand ein, wobei nur die Geschwindigkeit, mit der diese Einstellung erfolgt, durch den Katalysator veränderbar ist – die Gleichgewichtslage kann nicht beeinflusst werden.

Befindet sich der Katalysator in derselben Phase wie die zu reagierenden Komponenten, spricht man von einer homogenen Katalyse. Sind dagegen Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen, so liegt eine heterogene Katalyse vor. Ein Beispiel für die homogene Katalyse ist die Niederdruckpolymerisation von Ethylen mit Ziegler-Natta-Katalysatoren (siehe Polyethylen), die Oxidation von Ammoniak am Rhodium-Platin-Kontakt (Herstellung von Salpetersäure) wäre ein Beispiel für die heterogene Katalyse.

Wenn das Produkt einer chemischen Reaktion den Fortlauf dieser Reaktion katalytisch beeinflusst liegt eine so genannte Autokatalyse vor. Bei diesem Spezialfall der Katalyse wird die Reaktion quasi mit steigendem Umsatz beschleunigt. Sie tritt beispielsweise beim Zerfall bestimmter Metallhydride (u. a. Antimon- und Zinnhydrid, SbH₃ bzw. SnH₄) in die Elemente oder auch bei der Hydrolyse von Carbonsäureestern auf.