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Meilensteine der Naturwissenschaft und Technik

D, 1990–2008

Meilensteine der Naturwissenschaft und Technik
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Die Beschleunigung - Wilhelm Ostwald und die Katalyse

Folgeninhalt
Der Katalysator als Beschleuniger von chemischen Vorgängen ist erst mit seiner Einführung als Abgasreiniger für PKWs ins öffentliche Bewusstsein gedrungen. Grob vereinfacht, nützt ein Abgaskatalysator mit Platin und Rhodium beschichtete Keramikeinsätze, um schädliche Verbrennungsrückstände (Stickstoffoxide) in Wasser und Kohlendioxyd umzuwandeln. Der Clou dabei: Die Katalysatorstoffe setzen diesen Prozess zwar in Gang, werden dabei aber nicht selbst verbraucht. Da Katalysatoren also chemische Reaktionen einleiten und beschleunigen ohne selbst daran teilzunehmen, spielen sie eine wichtige Rolle in der chemischen Industrie. Ganz so neu und auf die Technik beschränkt ist das Prinzip allerdings nicht. Im Tier- und Pflanzenreich ermöglichen Katalysatoren schon seit Jahrmillionen chemische Reaktionen, die sonst weitaus langsamer ablaufen würden. Mit einem Stück Würfelzucker, einem Streichholz und etwas Asche lässt sich das Funktionsprinzip sehr einfach veranschaulichen: Hält man das brennende Streichholz an den Zucker, passiert zunächst gar nichts. Reibt man den Zucker jedoch mit der Asche ein, lässt er sich zünden und verbrennt. Der Katalysator, also die Asche, verändert sich dabei nicht. Auch die im 19. Jahrhundert aufstrebende Chemie- und Farbenindustrie setzte aufgrund von Erfahrungen vielfach Katalysatoren zur Beschleunigung chemischer Reaktionen ein, ohne die dabei ablaufenden Vorgänge zu durchschauen. Erst Wilhelm Ostwald (1853-1932) gelang 1894 die Aufklärung des zugrunde liegenden Prinzips. Er definierte den Begriff der Katalyse (griech. "Auflösung") als "Beschleunigung eines langsam verlaufenden chemischen Vorgangs durch die Gegenwart eines fremden Stoffes". Als Katalysator bezeichnete er jeden "Stoff, der, ohne im Endprodukt einer chemischen Reaktion zu erscheinen, ihre Geschwindigkeit verändert". Neben seiner Grundlagenforschung beschäftigt sich Ostwald vor allem mit dem Problem der "katalytischen Ammoniaksynthese". Dabei geht es darum, den reaktionsträgen Luftstickstoff an der Oberfläche eines Katalysators zu zerlegen, wo er sich nun mit Wasserstoff zu Ammoniak verbinden kann. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt seinem Mitarbeiter Alwin Mittasch (1869-1953) gemeinsam mit Fritz Haber (1868-1934) und Carl Bosch (1874-1940) von der Badischen Anilin- & Soda-Fabrik (BASF). 1906 wird die erste industrielle Anlage zur Gewinnung von Ammoniak aus Luftstickstoff in Oppau in Betrieb genommen. Damit kann der Grundstoff für Düngemittel und Sprengstoffe auch ohne Salpeter direkt aus der Luft gewonnen werden - gerade rechtzeitig, damit das Deutsche Reich den 1. Weltkrieg auch ohne Zugang zu den chilenischen Salpeterminen beginnen kann. Ein anderes wichtiges Einsatzgebiet finden Katalysatoren in der Petrochemie. Der zunehmende Straßenverkehr benötigt große Mengen an Benzin, das in Raffinerien durch Destillation von Erdöl gewonnen wird. Die gewonnenen Benzinmengen reichen aber weder in der Menge noch in der Qualität aus. Durch Katalysatoren aber kann der Anteil an qualitativ hochwertigem Benzin wesentlich gesteigert werden.
(ARD-alpha)
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