Essenzielle Cookies sind nötig. Analyse und Werbemessung nur mit deiner Zustimmung.
Chemie · Chemisches Gleichgewicht
Wie ein Katalysator wirkt und was er ändert und was nicht, dazu homogene, heterogene und Autokatalyse, der Autoabgas-Katalysator und Enzyme als Biokatalysatoren.
Ein Katalysator beschleunigt eine Reaktion, indem er einen Weg mit niedrigerer Aktivierungsenergie anbietet. ΔH, Gleichgewichtslage und K bleiben, und er geht unverbraucht hervor.
Er öffnet einen neuen Reaktionsweg über eine kurzlebige Zwischenverbindung. Die Reaktanden binden an den Katalysator, reagieren leichter, das Produkt löst sich, und der Katalysator liegt wieder frei vor. Der Berg wird nicht kleiner gemacht, du nimmst einen Tunnel.
Beispiel: Wasserstoffperoxid zerfällt langsam zu H₂O und O₂. Braunstein (MnO₂) beschleunigt das stark und bleibt unverändert, im Körper übernimmt das Enzym Katalase.
Eₐ sinkt, aber nie auf null. Bei gleicher Temperatur schaffen mehr Teilchen die Hürde, also steigt die Geschwindigkeit, in Hin- und Rückrichtung gleichermaßen. Der Katalysator wird im Mechanismus kurz verändert, am Ende aber zurückgewonnen. Katalysatorgifte können ihn mit der Zeit unwirksam machen.
→ Ausführlich in: Aktivierungsenergie
| Ändert sich | Bleibt gleich |
|---|---|
| ΔH |
| Hin und Rück schneller | Energie der Edukte und Produkte |
| Gleichgewicht früher erreicht | Lage, Ausbeute, K |
Der Katalysator verkürzt nur die Zeit bis zum Gleichgewicht. Hin- und Rückreaktion werden um denselben Faktor schneller, ihr Verhältnis und damit K bleiben gleich. K hängt nur von Anfangs- und Endzustand ab (ΔG), nicht vom Weg.
Negative Katalyse ist die Hemmung einer Reaktion durch einen Inhibitor. Er verlangsamt die Reaktion, ein beschleunigender Katalysator tut das Gegenteil.
| Art | Phase | Beispiel |
|---|---|---|
| homogen | gleich wie Reaktanden | H⁺ bei der Esterbildung |
| heterogen | andere Phase | Platin im Autokatalysator, Eisen bei Haber-Bosch |
Bei der Autokatalyse wirkt ein Produkt selbst als Katalysator, die Reaktion beschleunigt sich im Verlauf. Heterogene Katalyse läuft an der Oberfläche des Feststoffs ab:
Der Dreiwegekatalysator lässt die Schadstoffe miteinander reagieren: CO und Kohlenwasserstoffe werden oxidiert, Stickoxide zu N₂ reduziert. Pt, Pd und Rh auf großer Oberfläche schaffen das in Millisekunden.
Enzyme sind meist Proteine, manche sind RNA (Ribozyme). Sie binden ihr Substrat im aktiven Zentrum, passend wie Schlüssel und Schloss. Der Zyklus E + S ⇌ ES → E + P in drei Schritten:
Hemmstoffe (Inhibitoren) senken die Aktivität des Enzyms. Enzyme senken Eₐ, sie ändern ΔH nicht.
| Hemmung | Hemmstoff bindet | Mehr Substrat hilft? |
|---|---|---|
| kompetitiv | im aktiven Zentrum | ja |
| allosterisch (nicht-kompetitiv) | an anderer Stelle, Form ändert sich | nein |
Bei der Produkthemmung bremst das Endprodukt ein frühes Enzym seines Wegs. Viele Enzyme brauchen Kofaktoren: Metallionen oder lose gebundene organische Coenzyme wie NAD⁺, oft aus Vitaminen.
Beschriftbare Abbildung
Deine AufgabeVergleiche Eₐ und E′ₐ bei gleichen Endpunkten. Erkläre, warum der Katalysator die Einstellung des Gleichgewichts beschleunigt, dessen Lage aber nicht verändert. Verfolge danach, wo Substrat und Enzym im Enzymzyklus wiederzufinden sind.
Tippe auf eine Beschriftung in der Abbildung, um ihre Erklärung zu lesen.
