Anorganischer Katalysator

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Die Katalysatoren setzen die Aktivierungsenergie herab ohne aber die Reaktionsenthalpie zu verändern. Mit den Katalysatoren wird die Reaktionsgeschwindigkeit bedeutend erhöht. Es sind Oberflächenvorgänge. Es gibt aber auch Reaktionen die quasi katalytisch sind in Wirklichkeit aber ein intermediärer Zwischenverbindung entsteht.

Manche bieten Reaktionspartnern Kontaktflächen, an denen sie besser miteinander reagieren können, als wenn ihr Aufeinandertreffen ohne diesen Halt stattfindet (Platin, Palladium). Andere greifen vermittelnd in Reaktionen ein und bilden kurzlebige Zwischenprodukte. Zwischen beiden Typen dürfte es fließende Übergänge geben.

Es gibt so viele Katalysatoren, dass sich allgemeine Aussagen verbieten. In der Praxis wird meistens nur zwischen homogenen und heterogenen Katalysatoren unterschieden, weil die Prozessführung dabei wesentliche Unterschiede zeigt.

Heterogene Katalysatoren - im Chemieunterricht werden gerne platinierte Platinelektroden hergezeigt - reagieren an der Oberfläche. Also kommt es sehr stark darauf ab, bei der Herstellung der K. eine grosse Oberfläche zu bilden; bei der Proezssführung versucht man mit geeigneten Mitteln (im einfachsten Fall einem Rührer), den Katalysator zugänglich zu machen.

Homogene Katalysatoren sind im Reaktionsmedium gelöst. Häufig handelt es sich um Metallkomplexe. Als Beispiel für die technische Anwendung fällt mir das Ziegler-Natta-Verfahren zur Synthese von Polyolefinen ein. Es gibt aber einen ganzen Stall von Katalysatoren.

Eine erschöpfende mechanistische Beschreibung traue ich mir nicht zu. Ich würde annehmen, dass in den meisten Fällen einer oder mehrere der Reaktanden mit dem Metall eine Bindung eingehen und dabei aktiviert werden. Das können Elektronenaustausch-Reaktionen sein oder z.B. die Bildung kovalenter Metall-Reaktand-(Ligand)-Bindungen.

Häufig werden durch die Bindung an das Metall Bindungen bei den Reaktionspartnern aktiviert, die dann leichter weiterreagieren. z.B. habe ich einmal gehört, dass Wasserstoff an einer Platinelektrode absorbiert wird, so dass er praktisch atomar und deutlich reaktiver vorliegt. "Bewiesen" wurde uns das dadurch, dass Wasserstoffgas bei Raumtemperatur nicht spontan mit Luftsauerstoff reagiert. Wird das Gas durch ein Platinnetz geblasen, entzündet es sich sofort.

Enzyme sind oft spezifischer was die Reaktionskatalyse betrifft. Ich bin mir gar nicht sicher, wieviele Katalyseprozesse an Enzymen wirklich erschöpfend aufgeklärt sind. Zumindest enthalten viele Enzyme ebenfalls Metalle, die dann z.B. von Peptiden gebunden sind. Reaktionspartner sind oft sogenannte Cofaktoren, die bei der Katalyse entscheidend mitwirken und z.B. auch Reaktionspartner sind. Insgesamt halte ich die Beschreibung der Funktionsweise von Enzymen für komplizierter als die der Katalyse durch anorganische Metalle bzw. Metallkomplexe.

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