Katalysatoren sind Substanzen, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöhen, indem sie den Reaktionsweg verändern, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Sie erleichtern den Übergang vom Ausgangszustand zum Endzustand der Reaktion, indem sie die Aktivierungsenergie verringern.

Die Wirkungsweise von Katalysatoren beruht auf der Bildung eines sogenannten Katalysator-Substrat-Komplexes. Der Katalysator bindet an die reagierenden Moleküle, wodurch neue Reaktionswege ermöglicht werden. Dies führt zu einer effizienteren Ausrichtung der Moleküle und einer erleichterten Umwandlung von Bindungen.

Es gibt zwei grundlegende Arten von Katalysatoren:

1. Homogene Katalysatoren: Diese Katalysatoren befinden sich im selben Aggregatzustand wie die reagierenden Spezies. Sie lösen sich in der Reaktionsmischung auf und interagieren direkt mit den Molekülen der Ausgangsstoffe. Nach der Reaktion werden sie regeneriert und können erneut verwendet werden.
2. Heterogene Katalysatoren: Diese Katalysatoren sind in einem anderen Aggregatzustand als die reagierenden Spezies. Sie befinden sich oft als feste Substanzen, beispielsweise Metalle oder Metalloxide, während die Reaktion in einer flüssigen oder gasförmigen Phase stattfindet. Die reagierenden Moleküle adsorbieren auf der Oberfläche des Katalysators, wo die Reaktion stattfindet. Der Katalysator kann auch als Oberfläche dienen, um die Ausrichtung der Moleküle zu erleichtern oder bestimmte Bindungen zu schwächen.

Die Vorteile der Verwendung von Katalysatoren in chemischen Reaktionen sind vielfältig. Sie ermöglichen es, die Reaktionen bei milderen Bedingungen durchzuführen, was Energieeinsparungen und eine bessere Selektivität ermöglicht. Katalysatoren können auch die Ausbeute an gewünschten Produkten erhöhen und unerwünschte Nebenreaktionen reduzieren. Darüber hinaus können sie dazu beitragen, umweltschädliche Reaktionen zu mildern oder zu verhindern.

Es ist wichtig zu beachten, dass Katalysatoren die thermodynamischen Eigenschaften einer Reaktion nicht verändern, sondern lediglich den Reaktionsweg beschleunigen. Die Gesamtreaktion bleibt dabei unverändert, und der Katalysator wird am Ende der Reaktion in seiner ursprünglichen Form zurückgewonnen.