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Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
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5. Juli 2005

Molekülen auf die Sprünge helfen

Experimentalvorlesung für Schüler und Studenten an der Heidelberger Ruprecht-Karls-Universität gab Einblicke zum lebenswichtigen Thema "Katalyse" – Veranstaltung im Vorfeld des am 8. Juli stattfindenden "Heidelberg Forum of Molecular Catalysis"

Im Sekundentakt wechselt auf geheimnisvolle Weise eine Flüssigkeit ihre Farbe von farblos über gelb zu blau und aus einem Gas wird ein Kunststoff: Katalyse heißt das Zauberwort. Und in unserer Umwelt laufen ständig katalytische Prozesse ab, nicht nur im Katalysator der Autos, sondern auch in unserem Körper. Um mehr über diese lebenswichtigen Vorgänge zu erfahren, hatten sich im großen Chemiehörsaal der Ruprecht-Karls-Universität etwa 150 Schüler und ihre Lehrer eingefunden, um der Experimentalvorlesung von Professor Thomas Müller zu folgen, die im Vorfeld des von der Universität Heidelberg, dem Sonderforschungsbereich "Molekulare Katalysatoren" und der BASF veranstalteten "Heidelberg Forum of Molecular Catalysis" stattfand.

"Wie wir Molekülen auf die Sprünge helfen", lautete der Titel der Vorlesung, und tatsächlich wird den Molekülen bei der Katalyse auf sanfte Art und Weise nachgeholfen, nämlich miteinander zu reagieren. Da ist beispielsweise der Wasserstoff, der sich mit Sauerstoff zu Wasser verbindet. Von alleine geschieht dies bei Raumtemperatur allerdings nicht. Doch wird eine Flamme an einen mit Wasserstoff gefüllten Luftballon gehalten, dann sorgt die Flammentemperatur von etwa 1200 Grad Celsius dafür, dass diese Reaktion mit einem lauten Knall und einer kräftigen Stichflamme abläuft. "Denn dabei wird Energie frei", wie Thomas Müller vom Organisch-Chemischen Institut der Ruperto Carola betonte.

Es geht aber auch anders, und zwar mit Platin. Wird nämlich der Wasserstoff über ein Stück Platin geleitet, dann reagiert er sofort mit dem Sauerstoff, und zwar selbst bei Raumtemperatur, also etwa 20 Grad Celsius. Das Ganze ist gut sichtbar an der Flamme, die über dem Platinstück entsteht und wiederum die frei werdende Energie anzeigt. "Das ist das Schlüsselexperiment der Katalyseforschung", zeigte der Chemiker Müller die Bedeutung dieses Versuchs auf. Johann Wolfgang Döbereiner (1780 bis 1849) machte diese Entdeckung und entwickelte daraus sogar ein Feuerzeug.

Schnell wird den Zuhörern aber auch der Vorteil der Katalyse klar. Die hohe Aktivierungsenergie, die etwa von der Flamme bereitgestellt wird, ist nicht mehr notwendig, um die Reaktion in Gang zu setzen. Stattdessen erfolgt die gewünschte Reaktion auch bei niedrigen Temperaturen. Für die chemische Industrie ein nicht zu unterschätzender wirtschaftlicher Faktor.

Ohne Katalyse gäbe es aber auch kein Leben auf unserer Erde. "Bei der Biokatalyse sind vor allem die Enzyme wichtig", erläuterte Thomas Müller. So sorgt beispielsweise das Enzym Amylase in unserem Speichel dafür, dass die Amylose, ein Bestandteil der Stärke, in Maltose, den Malzzucker gespalten wird. Katalyse ist aber auch lebensrettend. Etwa, wenn Wasserstoffperoxid in das Blut gelangt. Normalerweise zersetzt es dort die Eiweiße und es entsteht eine eklige, rötliche geleeartige Masse. Dies verhindert das Enzym Katalase, das sofort das Wasserstoffperoxid in Wasser und Sauerstoff zersetzt. "Eines der am schnellsten wirkenden Enzyme überhaupt", weiß Thomas Müller zu berichten. Und wie alle anderen Katalysatoren, so bieten auch die Enzyme an ihrer Oberfläche Plätze an, in denen bestimmte Moleküle zusammen kommen können, die sich sonst in einer Flüssigkeit oder einem Gas nicht so schnell getroffen hätten.

Nach all dieser anschaulichen Theorie mit gerinnendem Blut und lumineszierenden Flüssigkeiten nutzten die Schüler noch die Gelegenheit, sich an sechs Stationen im Foyer des Hörsaalgebäudes von Forschern der BASF praktische Anwendungen der Katalyse vorführen zu lassen. Da gab es nicht nur zu erfahren, wie Döbereiners Feuerzeug funktioniert, sondern auch, welche Vor- und Nachteile Brennstoffzellen haben. Denn auch in diesen laufen katalytische Prozesse ab. Und schließlich konnte sogar mit Hilfe eines hochauflösenden Mikroskops beobachtet werden, wie auf einer Edelmetalloberfläche Kohlenmonoxid oxidiert wird.

Stefan Zeeh



Rückfragen bitte an
Prof. Dr. Thomas J.J. Müller
Tel. 06221 546207, Fax 544205
thomas_j.j.mueller@urz.uni-heidelberg.de

Dr. Michael Schwarz
Pressesprecher der Universität Heidelberg
Tel. 06221 542310, Fax 542317
michael.schwarz@rektorat.uni-heidelberg.de
www.uni-heidelberg.de/presse




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