Katalyse einfach erklärt: Energiediagramm Katalysator Chemie
Grundlag für das Video:
- Endo- & Exotherme Reaktionen
Weiterführende Themen aus dem Bereich der 8. Klasse – Überblick:
- Die Berechnung der Dichte
- Aufstellen von Reaktionsgleichungen
- Stöchiometrie
Endo- & exothermer Energiediagramme Katalyse
Beim Aufstellen von Energiediagrammen für exotherme und endotherme Reaktionen mit Katalysator folgt man immer einem klaren, leicht nachvollziehbaren Schema. Ein Energiediagramm mit einem Katalysator unterscheidet sich nur in wenigen Punkten vom klassischen Energiediagramm ohne Katalysator. Dennoch ist es wichtig, jeden Schritt sorgfältig auszuführen, um die Aktivierungsenergie und den Reaktionsverlauf korrekt darzustellen.
Zunächst zeichnet man die beiden Achsen ein:
Die Y‑Achse steht für die Energie, während die X‑Achse den Reaktionsverlauf bzw. die Zeit abbildet. Anschließend trägt man die Edukte und Produkte ein und verbindet sie mit einer geschwungenen Kurve, die den Energieverlauf der Reaktion zeigt. Bei einer exothermen Reaktion liegen die Produkte energetisch tiefer als die Edukte, bei einer endothermen Reaktion ist es umgekehrt.
Energiediagramm Katalyse aufstellen
Nun folgt nur noch das Einzeichnen der Aktivierungsenergie (EA).
Für ein vollständiges Energiediagramm müssen sowohl die Aktivierungsenergie Reaktion ohne Katalysator als auch die Aktivierungsenergie der katalysierten Reaktion dargestellt werden. Die EA der katalysierten Reaktion ist immer kleiner, da der Katalysator den Energieberg absenkt und damit die Reaktion beschleunigt. Zusätzlich markiert man die Reaktionsenergie (ΔE), also den Energieunterschied zwischen Edukten und Produkten, mit einem passenden Pfeil.
Durch diese Schritte entsteht ein vollständiges, korrekt beschriftetes Energiediagramm mit Katalysator, das den Unterschied zwischen katalysierten und nicht katalysierten Reaktionen klar sichtbar macht und die Funktionsweise eines Katalysators anschaulich erklärt.
Beispiele Katalysator Chemie
Katalysatoren begegnen uns nicht nur in der Chemie, sondern auch im Alltag und in der Natur. Sie beschleunigen chemische Reaktionen, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Ein besonders anschauliches Beispiel für Schülerinnen und Schüler der 8. Klasse ist das Enzym Katalase, das in Kartoffeln, Leber oder Hefe vorkommt. Gibt man diese Stoffe zu Wasserstoffperoxid, entsteht sofort Schaum, weil die Katalase den Zerfall von Wasserstoffperoxid zu Wasser und Sauerstoff stark beschleunigt. Dieses Experiment eignet sich hervorragend, um die Wirkung eines Biokatalysators zu zeigen.
Auch im technischen Bereich spielen Katalysatoren eine wichtige Rolle. Im Auto-Katalysator sorgen Edelmetalle wie Platin, Palladium oder Rhodium dafür, dass giftige Abgase schneller in weniger schädliche Stoffe umgewandelt werden. Dadurch wird die Luftverschmutzung deutlich reduziert.
Ein klassisches Schulbeispiel ist Mangan(IV)-oxid (MnO₂). Es beschleunigt ebenfalls den Zerfall von Wasserstoffperoxid und zeigt sehr deutlich, wie stark sich eine Reaktion durch einen Katalysator verändern kann.
In der Industrie wird außerdem Nickel als Katalysator eingesetzt, zum Beispiel bei der Herstellung von Margarine. Dabei werden flüssige Pflanzenöle mithilfe von Nickel in feste Fette umgewandelt.
Diese Beispiele machen deutlich, wie vielfältig und wichtig Katalysatoren in Natur, Alltag und Technik sind.
Fragen zum Video:
Nach den Grundlagen seid ihr jetzt für die kommenden Übungen gut gerüstet!
Katalyse ist die Beschleunigung einer chemischen Reaktion durch einen Katalysator. Dieser senkt die benötigte Aktivierungsenergie, ohne selbst verbraucht zu werden. Dadurch läuft die Reaktion schneller oder überhaupt erst ab.
Katalysatoren werden in vielen Bereichen eingesetzt, zum Beispiel:
- Autokatalysatoren: Reduzieren den Schadstoffausstoß von Fahrzeugen.
- Haber-Bosch-Verfahren: Ermöglicht die Herstellung von Ammoniak im industriellen Maßstab.
- Biokatalysatoren (Enzyme): Katalysieren wichtige Stoffwechselprozesse in lebenden Organismen.
Enzyme sind Biokatalysatoren, die in lebenden Organismen vorkommen. Sie bestehen meist aus Proteinen und katalysieren wichtige Stoffwechselprozesse.
Menschen mit Laktoseintoleranz fehlt das Enzym Laktase, das für die Spaltung von Laktose (Milchzucker) benötigt wird. Ohne Laktase kann Laktose nicht verdaut werden. Die Laktose kann dann von Bakterien im Darm zersetzt werden. Dies führt zu Beschwerden wie Bauchschmerzen oder Kopfschmerzen.
Enzyme sind temperaturempfindlich. Bei hohen Temperaturen verlieren sie ihre Funktionsfähigkeit, da die Proteine, aus denen sie bestehen, denaturiert werden. Dies ist irreversibel und kann z.B. beim Braten eines Spiegeleis beobachtet werden.
