Katalyse und Reaktionsbedingungen

Erklärung: Ein Katalysator wird in einem Schritt verbraucht und im nächsten unverändert zurückgebildet – er taucht in der Gesamtgleichung O₃ + O → 2 O₂ nicht auf. Das trifft auf das Chlor-Atom zu: Es öffnet einen Weg mit niedrigerer Aktivierungsenergie und kann so Tausende Ozonmoleküle abbauen. ClO ist nur ein Zwischenprodukt (entsteht und verschwindet wieder), O₂ ist ein Produkt.

Erklärung: Diese Energie braucht es, um alte Bindungen zu lockern, bevor neue sich bilden. Im Energiediagramm ist sie der "Berg" zwischen Edukten und Produkten. Symbol Eₐ. Eine niedrige Aktivierungsenergie bedeutet eine schnelle Reaktion bereits bei Raumtemperatur, eine hohe nur bei großer Hitze.

Erklärung: "Faktoren der Reaktionsgeschwindigkeit" ist ein zentrales Schulthema. Faustregel (RGT-Regel): 10 °C mehr ≈ doppelte bis dreifache Geschwindigkeit. Höhere Konzentration → mehr Stöße. Größere Oberfläche (z. B. zermahlen) → mehr Berührungspunkte. Katalysator → niedrigere Aktivierungsenergie.

Erklärung: Richtig — die "RGT-Regel" (Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur-Regel), auch van-'t-Hoff-Regel genannt. Höhere Temperatur bedeutet, dass mehr Teilchen die Aktivierungsenergie überwinden — der Anteil der erfolgreichen Stöße wächst überproportional. Daher kocht man Speisen, kühlt Lebensmittel und betreibt großtechnische Synthesen oft bei erhöhter Temperatur.

Erklärung: Heterogen heißt: Katalysator und Edukte liegen in verschiedenen Phasen. Bei der Ammoniaksynthese (Haber-Bosch) reagieren die Gase N₂ und H₂ an der Oberfläche von festem Eisen – das lässt sich leicht abtrennen. Das NO im Gasgemisch (altes Bleikammerverfahren) ist dagegen selbst ein Gas, also homogen, obwohl es um eine Gasreaktion geht; ebenso die gelöste Säure in der Lösung.

Erklärung: Enzyme sind hochspezifische Proteine, die Reaktionen oft millionenfach beschleunigen. Beispiele: Amylase im Speichel (spaltet Stärke), Pepsin im Magen (spaltet Eiweiß), Katalase (zersetzt H₂O₂). Sie arbeiten nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip am aktiven Zentrum und sind temperatur- und pH-empfindlich.

Erklärung: Ein Katalysator verkürzt die Zeit, bis sich das Gleichgewicht einstellt — aber er ändert nicht, *wo* dieses Gleichgewicht liegt. Will man die Produktausbeute erhöhen, muss man Druck, Temperatur oder Konzentration ändern (Prinzip von Le Chatelier).

Erklärung: Der "Drei-Wege-Katalysator" wandelt drei Schadstoffklassen gleichzeitig um — daher der Name. Die Edelmetalle wirken heterogen, die Reaktionen finden an der Oberfläche statt. Voraussetzung: λ ≈ 1 (stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gemisch). Bleihaltige Kraftstoffe vergiften den Katalysator und sind deshalb verboten.

Erklärung: Richtig. Reaktionen zwischen verschiedenen Phasen finden an Grenzflächen statt. Ein Würfel von 1 cm Kantenlänge hat 6 cm² Oberfläche; zermahlt man ihn in 1 mm³-Würfel, hat das gleiche Volumen 60 cm² Oberfläche. Daher Mehlstaub-Explosionen in Mühlen oder die feinpulvrigen Eduktformen in der Pharmaindustrie.