Chemie begreifen, Schulbuch

Reaktionsweg Energie Reaktionsweg Energie Reaktionsweg Energie Für besonders Interessierte L5 148 Fast alle Zellen – so wie die der Kartoffelschale – enthalten Katalase, ein Enzym für die Zersetzung von H 2 O 2 . Die Herstellung dieses Katalysators kostet die Zelle Rohstoffe und Energie. Der Aufwand muss nach den Gesetzen der Evolution mit einem Überlebensvorteil verbunden sein: Um von äußeren Nahrungsquellen unabhängig zu werden, benutzten vor etwa 1,5 Milliarden Jahren immer mehr Bakterien die Fotosynthese. Dabei bildete sich als Nebenprodukt ein Gas, das für viele andere Mikroorganismen tödlich wirkte – der Sauerstoff. Durch seine hohe Triebkraft wurde die Nahrung besser verwertbar und die Evolution beschleunigt. Bei der Zellatmung entsteht in einer Nebenreaktion jedoch das reaktive und giftige H 2 O 2 . Um Schäden zu vermeiden, muss es rasch zerstört werden. Diese Aufgabe löst das Enzym Katalase. gehemmte Reaktion H 2 O O 2– -Ion im Gitter H 2 O Katalysator => günstigeres Zwischenprodukt => E A sinkt => Reaktionsgeschwindigkeit steigt Katalysator H 2 O 2 E A ∆ H H 2 O 2 E A ∆ H H 2 O 2 ∆ H einzelnes O-Atom Katalysator »Einschalter« für günstigeren Reaktionsweg O 2 »Anzünden« H 2 O 2 besserer Reaktionsweg MnO 2 Übersicht So können blockierte Reaktionen in Gang gesetzt werden: Lösungsanleitung: 1. Die Energie H strebt nach einem Minimum und die Entropie S nach einem Maximum. H oder S stark fördernd und keines stark behindernd => große Triebkraft H und S ändern sich wenig oder eines stark fördernd und eines stark behindernd => mäßige Triebkraft H oder S stark behindernd und keines stark fördernd => geringe Triebkraft große Triebkraft und vernachlässigbare E A <=> vollständige Stoffumwandlung mäßige Triebkraft und vernachlässigbare E A <=> teilweise Stoffumwandlung geringe Triebkraft und beliebige E A => keine Stoffumwandlung große E A und beliebige Triebkraft => keine Stoffumwandlung keine Stoffumwandlung => keine Triebkraft o d e r große E A o d e r beides 2. Dieser Punkt ist bei der Lösungsanleitung der Testaufgabe 8 (siehe J6) ausführlich besprochen. 3. Vorstellungshilfe: Links im Diagramm steht ein voller Wasserbehälter und rechts ein leerer. Beide sind über eine Leitung verbunden, die wie der Kurvenverlauf geformt ist. Wie wird das Wasser am Ende verteilt sein? A, C, D zeigen Reaktionswege mit E A (gehemmte Reaktion) und B, E, F ohne E A (keine Hemmung). B, D zeigen Reaktionswege mit großer Triebkraft, A, E mit mäßiger und C, F ohne Triebkraft. Stoffumwandlung findet von selbst nur statt, wenn die Triebkraft groß oder mäßig ist und E A vernachlässigbar ist. Keine Stoffumwandlung, wenn keine Triebkraft vorhanden ist o d e r E A groß ist. 4. metastabil: A, D / instabil: B, E / stabil: C, F 5. energiereiches Zwischenprodukt bei A, C, D / keines bei B, E, F 6. Zuordnung: 1. Pfeilsymbol für E / 2. für B / 3. für F / 4. für D / 5. für A / 6. für C 7. Anwendung des Katalysators allein zur Beseitigung der Hemmung bei A, D Anwendung des Prinzips von Le Châtelier allein bei F Anwendung von beiden bei C / Anwendung von keinem bei B, E Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv