{"id":1476,"date":"2020-07-02T16:08:04","date_gmt":"2020-07-02T15:08:04","guid":{"rendered":"https:\/\/www.hsm-biolab.de\/?p=1476"},"modified":"2023-04-19T16:16:59","modified_gmt":"2023-04-19T15:16:59","slug":"katalysatoren-in-der-chemie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.hsm-biolab.de\/en\/katalysatoren-in-der-chemie\/","title":{"rendered":"Katalysatoren in der Chemie"},"content":{"rendered":"

Was sind Katalysatoren?<\/strong><\/p>\n

Katalysatoren sind definiert als: \u201eStoffe, welche die Geschwindigkeit eines Prozesses erh\u00f6ht, ohne selbst dabei verbraucht zu werden und ohne die thermodynamische Lage zu ver\u00e4ndern\u201c<\/em>. Sie erm\u00f6glichen die einfachere, selektivere und effizientere Umsetzung von Stoffen. Katalysatoren haben einen sehr gro\u00dfen Wert, da sie eine Vielzahl von chemischen Prozessen kosteng\u00fcnstiger und Energieeffizienter machen.<\/p>\n

Seit wann wird die Katalyse benutzt, und f\u00fcr was?<\/strong><\/p>\n

Die Katalyse wird schon seit 6000 v. Chr. angewandt; dabei wurde haupts\u00e4chlich Ethanol und Essigs\u00e4ure hergestellt. Im 18. und 19. Jahrhundert begannen Chemiker und Physiker die katalytischen Eigenschaften von Stoffen zu entdecken, zu beschreiben und versuchen diese zu erkl\u00e4ren.<\/p>\n

1781 entdeckte Antoine-Augustin Permentier die St\u00e4rkespaltung zu Zucker. Dersomes und Clement erfanden 1806 das Bleikammerverfahren zur Herstellung von Schwefels\u00e4ure. 1835 beschreib Berzelius erstmal die Katalyse, und im Jahr 1894 verfasste Wilhelm Ostwald die heutige Definition von Katalyse und Katalysator.<\/p>\n

Im Jahr 1823 entdeckte Johann Wolfgang D\u00f6bereiner, dass sich Wasserstoffgas in Gegenwart von Sauerstoff und fein verteiltem Platin selbst entz\u00fcndet. Dieses Verhalten verwendete er f\u00fcr einen der ersten haushalts\u00fcblichen Katalyse Prozessen, das sogenannte D\u00f6bereiner-Feuerzeug, welches bis Mitte des 19. Jahrhunderts verwendet wurde.<\/p>\n

1901 entdeckte Wilhelm Norman die Fetth\u00e4rtung mittels Nickel, wodurch schon 1909 gro\u00dfe Mengen von rund 100 Tonnen Wal\u00f6l, w\u00f6chentlich zu Speisefetten verarbeitet wurden.<\/p>\n

1910 erfanden die Wissenschaftler Fritz Haber, Carl Bosch und Paul Alwin Mittasch die Ammoniak-Synthese aus seinen Elementen, Stickstoff und Wasserstoff, an einem Eisen-Katalysator. Darauf baute Wilhelm Ostwald auf, und entwickelte das Ostwald-Verfahren. Dabei wird Ammoniak zu Salpeters\u00e4ure oxidiert. Diese Erfindung machte die verf\u00fcgbare Menge an Nitratd\u00fcnger wesentlich Zug\u00e4nglicher und G\u00fcnstiger.<\/p>\n

Katalyse wird heutzutage f\u00fcr unz\u00e4hlige Prozesse angewandt, so beispielsweise in der Petrochemie, der Kunststoffindustrie, der Lebensmittelindustrie und der Pharmazie.<\/p>\n

Jedes Auto besitzt einen Fahrzeugkatalysator, welcher die Abgase des Fahrzeuges wesentlich umweltfreundlicher macht. Diese Katalysatoren bestehen haupts\u00e4chlich aus Platin, Palladium oder Rhodium.<\/p>\n

Wie funktioniert Katalyse?<\/strong><\/p>\n

Katalyse kann auf unterschiedliche Weisen ablaufen, dabei wird das Edukt entweder durch Metalle oder durch Heteroatome in Kohlenwasserstoffger\u00fcsten umgewandelt. Jeder Organismus verwendet Biokatalyse. So z.B. bei der menschlichen Atmung, oder bei der Photosynthese von Pflanzen. Dies wird durch Enzyme bewerkstelligt, welche entweder Aminos\u00e4uren oder komplexierte Metalle als sogenanntes \u201eaktives Zentrum\u201c besitzen.<\/p>\n

Hierbei kommt es bei den Metallen besonders darauf an, dass \u00dcbergangsmetalle sogenannte d-Orbitale besitzen. Diese erm\u00f6glichen es, viele Reaktionen einzugehen und Wechselwirkungen auszu\u00fcben. Bei reinen Metallen kommt es besonders auf die Konfiguration dieser Orbitale, und auf die Oberfl\u00e4che, auf welcher das Edukt adsorbiert wird, an.<\/p>\n

Die katalytischen Eigenschaften von Metallen k\u00f6nnen durch unterschiedliche Verbindungen und Liganden stark beeinflusst werden.<\/p>\n

Die d-Orbitale erlauben Stoffen \u00dcbergangszust\u00e4nde mit den Metallen zu bilden, aus welchen, im richtigen Umfeld, bei richtigen Bedingungen, Ver\u00e4nderungen des Stoffes auftreten. Wichtig ist hierbei, dass nur bereits ablaufende Prozesse beschleunigt, nicht aber g\u00e4nzlich neue Prozesse erm\u00f6glicht, werden.<\/p>\n

So findet die Reaktion von Zuckern zu Ethanol grunds\u00e4tzlich statt, wird von Pilzen jedoch erheblich beschleunigt.<\/p>\n

Was hat Katalyse mit Umwelt zu tun?<\/strong><\/p>\n

Katalysatoren k\u00f6nnen Prozesse \u00f6konomischer machen, indem sie etwa die Prozessbedingungen und somit den technischen und werklichen Aufwand verringern, bzw. den Energiebedarf des Prozesses senken.<\/p>\n

Sie k\u00f6nnen ebenfalls benutzt werden, um u.a. umweltgef\u00e4hrdende oder toxische Stoffe unsch\u00e4dlich zu machen.<\/p>\n

Effizientere und selektivere Katalysatoren k\u00f6nnen Ausbeuten erh\u00f6hen und damit teure Ressourcen zug\u00e4nglicher und g\u00fcnstiger machen.<\/p>\n

Sind Katalysatoren selbst auch umweltfreundlich?<\/strong><\/p>\n

Hier gibt es einige Probleme, welche behandelt werden m\u00fcssen, da besonders Schwermetalle bzw. deren Salze und Komplexe toxisch wirken.<\/p>\n

Viele Katalysatoren haben zudem Liganden, welche ebenfalls giftig sind. Sehr feine Metallpulver, wie Nickel, Platin oder Eisen sind pyrophor, d.h. sie k\u00f6nnen sich leicht selbst entz\u00fcnden, und stellen somit eine gro\u00dfe Brandgefahr dar.<\/p>\n

Eine unkontrollierte Form des D\u00f6bereiner-Feuerzeuges k\u00f6nnte somit z.B. einen Brand oder sogar eine Knallgas-Explosion erzeugen.<\/p>\n

Generell forschen Wissenschaftler an vielen unterschiedlichen Katalysatoren, darunter auch umweltfreundlichere Alternativen. So beispielsweise Katalysatoren aus Abfallprodukten, oder grunds\u00e4tzlich besser bek\u00f6mmliche Substanzen.<\/p>\n

Wird Katalyse auch f\u00fcr die Kosmetik eingesetzt?<\/strong><\/p>\n

Viele kosmetische Rohstoffe werden direkt durch Katalyse hergestellt. So z.B.<\/p>\n