Katalysatoren sind die unbesungenen Helden der chemischen Reaktionen, die die menschliche Gesellschaft zum Ticken bringen. Ein Katalysator ist ein Material, das chemische Reaktionen beschleunigt. Mit einer helfenden Hand eines Katalysators können Moleküle, deren Wechselwirkung Jahre dauern könnte, dies jetzt in Sekunden tun. Fabriken verlassen sich auf Katalysatoren, um alles von Plastik bis zu Medikamenten herzustellen. Katalysatoren helfen, Erdöl und Kohle zu flüssigen Brennstoffen zu verarbeiten. Sie sind wichtige Akteure in sauberen Energietechnologien. Natürliche Katalysatoren im Körper – Enzyme genannt – spielen sogar eine wichtige Rolle bei der Verdauung und mehr.
Bei jeder chemischen Reaktion brechen Moleküle chemische Bindungen zwischen ihren Atomen. Die Atome bilden auch neue Bindungen mit verschiedenen Atomen. Das ist wie ein Partnertausch bei einem Square Dance. Manchmal, Diese Partnerschaften sind leicht zu brechen. Ein Molekül kann bestimmte Eigenschaften haben, die es Atome von einem anderen Molekül weglocken lassen. In stabilen Partnerschaften sind die Moleküle jedoch so, wie sie sind. Links zusammen für eine sehr lange Zeit, einige könnten schließlich Partner wechseln. Aber es gibt keinen Massenrausch des Bindungsbruchs und -wiederaufbaus.
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Um ein solches Brechen und Wiederaufbauen effizienter zu gestalten. Sie tun dies, indem sie die Aktivierungsenergie für die chemische Reaktion senken. Aktivierungsenergie ist die Energiemenge, die benötigt wird, um die chemische Reaktion zu ermöglichen. Der Katalysator ändert nur den Weg zur neuen chemischen Partnerschaft. Es baut das Äquivalent einer asphaltierten Autobahn, um eine holprige unbefestigte Straße zu umgehen. Ein Katalysator wird in der Reaktion jedoch nicht verbraucht. Wie ein Flügelmann ermutigt es andere Moleküle zu reagieren. Sobald sie es tun, verbeugt es sich.
Enzyme sind die natürlichen Katalysatoren der Biologie. Sie spielen eine Rolle bei allem, vom Kopieren von genetischem Material bis zum Abbau von Nahrungsmitteln und Nährstoffen. Hersteller stellen häufig Katalysatoren her, um Prozesse in der Industrie zu beschleunigen.
Eine Technologie, die einen Katalysator benötigt, um zu funktionieren, ist eine Wasserstoffbrennstoffzelle. In diesen Geräten reagiert Wasserstoffgas (H2) mit Sauerstoffgas (O2) zu Wasser (H2O) und Elektrizität. Diese Systeme können in einem Wasserstofffahrzeug gefunden werden, wo sie den Strom erzeugen, um den Motor anzutreiben. Die Brennstoffzelle muss die Atome in Wasserstoff- und Sauerstoffmolekülen trennen, damit diese Atome neu gemischt werden können, um neue Moleküle (Wasser) zu erzeugen. Ohne Hilfe würde diese Umbildung jedoch sehr langsam stattfinden. Die Brennstoffzelle verwendet also einen Katalysator — Platin -, um diese Reaktionen voranzutreiben.
Platin funktioniert gut in Brennstoffzellen, weil es genau die richtige Menge mit jedem Startgas interagiert. Die Oberfläche von Platin zieht die Gasmoleküle an. In der Tat zieht es sie eng zusammen, so dass es ihre Reaktion fördert — beschleunigt. Dann lässt er seine Handarbeit frei schweben.
Seit Jahren setzen auch andere Technologien auf Platinkatalysatoren. Um beispielsweise Schadstoffe aus Abgasen zu entfernen, sind Autos heute auf Katalysatoren angewiesen.
Aber Platin hat einige Nachteile. Zum einen ist es teuer. (Menschen wie zu verwenden es in phantasie schmuck.) Und es ist nicht leicht zu bekommen.
Einige andere Katalysatoren sind zum Superstar aufgestiegen. Dazu gehören Metalle mit ähnlichen chemischen Eigenschaften wie Platin. Unter ihnen sind Palladium und Iridium. Wie Platin sind beide jedoch teuer und schwer zu bekommen. Deshalb ist die Jagd nach kostengünstigeren Katalysatoren für den Einsatz in Brennstoffzellen im Gange.
Einige Wissenschaftler glauben, dass Kohlenstoffmoleküle funktionieren könnten. Sie wären sicherlich weniger kostspielig und leicht reichlich vorhanden. Eine andere Möglichkeit könnte darin bestehen, Enzyme zu verwenden, die denen in Lebewesen ähneln.