Warum wirken Metalle als Katalysatoren

Wissenschaft Chemie
#1

Hallo,

mich würde mal interessieren, warum denn eigentlich Metalle als Katalysatoren wirken. Was macht ein Metall zu einem Katalysator. Ich finde da keinerlei Infos im Netz, die das ein wenig anschaulich erklärt. Dass sie die Reaktion Katalysieren, indem man einen „anderen Weg“ geht ist ja soweit ok, nur warum ist das so? Welche Eigenschaften der Metalle sind dafür verantwortlich. Sind alle Metalle irgendwelche Katalysatoren? Können auch oxide Katalysieren (Nehmen wir Zink, Chrom und Aluminiumoxid)

Und was mich noch brennend interessiert? Geht die Wirkung der Katalysatoren wirklich nicht verloren? Also verschwindet die Wirkung beispielsweise wenn das Metall oxidiert oder nicht? Muss Wasser vorhanden sein oder reicht es, wenn das Metall den zu Katalysierenden Stoff einfach berührt?

Irgendwie finde ich da so überhaupt nix… Was ich aber herausgefunden habe ist, dass anscheinend alle Enzyme die etwas Katalysieren ebenfalls Metalle enthalten.

Vielleicht nimmt sich einer kurz Zeit das einem neugierigen Menschen zu erklären… Bin auch mit guten Erklärungen aus dem Internet zum selbstnachlesen zufrieden, nur sind leider auf gängigen Seiten wie Wikipedia die genauen Funktionsweisen nicht beschrieben…

#2

Moin,
der Begriff Katalyse ist weit.
Katalysatoren arbeiten, indem sie die Aktivierungsenergie für eine Reaktion herabsetzen. Dies kann auf unterschiedliche Weise passieren.

Es gibt enzymatische Katalyse, die nicht unbedingt etwas mit Metallen zu tun haben muss. Manche Enzyme enthalten Metalle, aber längst nicht alle. Grundsätzlich ist die Form der Enzyme (Schlüssel&Schloss-Prinzip) und die ausgeklügelte Anordnung von gewissen funktionellen Gruppen an bestimmten Stellen des Enzyms entscheidend.

Es gibt auch Metallkatalysatoren, wie Platin (z.B. AutoKat), Hämatit (Haber-Bosch-Verfahren), usw. usf.
Diese funktionieren über Oberflächeneffekte, Platin bindet Wasserstoff und Sauerstoff im aktivierten und damit sehr reaktiven Zustand, das heißt, sie reagieren dann sehr leicht, ohne das von außen großartig Energie zugeführt werden muss.

Man unterscheidet auch heterogene und homogene Katalysatoren. Heterogene Katalysatoren, das wäre sowas wie ein Platinstab. Homogene Katalysatoren werden direkt in deiner Suppe gelöst, z.B. Silberchlorid für die Bromierung von Benzol, etc…

Die Wirkungsweisen von Katalysatoren können also sehr unterschiedlich sein, ihnen gemein ist eigentlich nur, dass sie die Aktivierungsenergie herabsetzen oder die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen.

Kann man Katalysatoren kaputt machen? Ja, relativ einfach sogar.
Das mit dem Oxidieren ist bei Platin recht schwer, aber es reicht, wenn du bleihaltiges Benzin tankst, und dein Kat ist hinüber. Blei ist in diesem Fall ein sogenanntes Katalysatorgift.
Enzyme verändern mit der Temperatur ihre Form und ab ca. 40 °C ist ein Enzym soweit denaturiert, dass es seine Funktion nichtmehr ausüben kann.

Über dieses Thema gibt es aber nicht umsonst ganze Vorlesungen und natürlich viele Bücher.

MfG

#3

Ok, dass ist schonmal sehr interessant und ich bedanke mich für den sehr ausführlichen Betrag :wink:

Noch 2 kurze Frage zum „altern“ eines Katalysators: Wenn wir beispielsweise mal Eisen nehmen. (Lt. eines Artikels soll Eisen die Oxidation von Formaldehyd auslösen) Wenn das Eisen selbst oxidiert, ist dann die Wirkungsweise verloren gegangen?

Also ist es durchaus nicht so, dass Katalysatoren ihre Arbeit ewig verrichten, auch wenn sie vielleicht bei der Reaktion nicht direkt selbst verbraucht werden, oder?

#4

Hallo Mordor,

theoretisch verrichten Katalysatoren ihre Arbeit unendlich lange ohne sich zu verbrauchen. In der Realität sieht das anders aus, weil es z.B. immer Nebenreaktionen gibt, die, wenn auch in verschwindend geringem Maß die Kats zerstören. Die Dauer machts in diesem Fall.

Ralph