B1.5 Katalysatorer og enzymer
Kroppen forbrænder sukker ved 37 °C. I en skål på bordet kan sukker ligge i årevis uden at reagere med luften. Forskellen er, at kroppen har hjælpere, som får reaktionerne til at gå hurtigt uden varme. Sådan en hjælper kaldes en katalysator.
Hvad er en katalysator?
En katalysator er et stof, der får en reaktion til at gå hurtigere uden selv at blive brugt. Når reaktionen er færdig, er katalysatoren der stadig, og den kan bruges igen og igen. Derfor står den ikke som reaktant i reaktionsskemaet. Den skrives over reaktionspilen.
Katalysatoren giver reaktionen en anden vej at gå, hvor aktiveringsenergien er lavere. Aktiveringsenergien og energiprofilen kender du fra afsnit B1.3.
Når bakken er lavere, har langt flere molekyler energi nok til at komme over, og reaktionen går hurtigere. Det svarer til, at der bliver gravet en tunnel gennem bakken.
En katalysator ændrer ikke på, hvad der dannes, eller på hvor meget energi reaktionen afgiver. Den ændrer kun, hvor hurtigt det går.
Et forsøg med hydrogenperoxid
Hydrogenperoxid, H2O2, går langsomt i stykker til vand og oxygen:
2 H2O2(aq) → 2 H2O(l) + O2(g)
I en flaske tager det måneder. Med en katalysator tager det sekunder, og oxygenet får væsken til at skumme.
- Brunsten, MnO2, er et fast stof, og reaktionen sker på dets overflade. Bagefter kan brunstenen filtreres fra og bruges igen.
- Kaliumiodid, KI, opløses i væsken. Her er det iodidionerne, I−, der er katalysatoren.
- Rå kartoffel indeholder enzymet katalase, som er en katalysator fra naturens hånd.
- Kogt kartoffel virker ikke, fordi enzymet er blevet ødelagt af varmen.
Holder man en glødende træpind ned i glasset, flammer den op. Det viser, at gassen er oxygen.
Katalysatorer i hverdagen og i industrien
Udstødningen fra en bilmotor indeholder de giftige gasser carbonmonoxid og nitrogenoxid. I bilens katalysator ledes gasserne hen over et tyndt lag af platin og andre ædle metaller, hvor de reagerer med hinanden og bliver til ufarlige stoffer:
2 CO(g) + 2 NO(g) → 2 CO2(g) + N2(g)
Metallet sidder på en keramisk blok med tusindvis af tynde kanaler, så overfladen bliver så stor som muligt.
I industrien bruges katalysatorer til næsten alt, fra fremstilling af ammoniak til kunstgødning til fremstilling af plastik og margarine. En god katalysator sparer både tid og energi, fordi reaktionen kan forløbe ved en lavere temperatur.
Inhibitorer
En inhibitor er et stof, der får en reaktion til at gå langsommere. Mange inhibitorer virker ved at sætte sig på katalysatoren, så den ikke kan arbejde.
- Hydrogenperoxid i en flaske er tilsat en inhibitor, så det kan holde sig længere.
- Konserveringsmidler i mad hæmmer de reaktioner, der får maden til at blive dårlig.
- Mange lægemidler er inhibitorer, der blokerer et bestemt enzym i kroppen eller i en bakterie.
Enzymer
Et enzym er et protein, der virker som katalysator i en levende organisme. Næsten alle reaktioner i kroppen er styret af enzymer. Uden dem ville reaktionerne gå alt for langsomt ved kropstemperatur.
Det stof, enzymet arbejder på, kaldes substratet. Enzymet har en fordybning, som hedder det aktive center, og her passer substratet præcis ind.
Substratet passer i det aktive center som en nøgle i en lås. Derfor virker hvert enzym kun på ét bestemt stof eller på en lille gruppe af stoffer, der ligner hinanden.
Enzymers navne ender som regel på -ase.
| Enzym | Det gør det | Findes i |
|---|---|---|
| amylase | spalter stivelse til sukker | spyt |
| lactase | spalter mælkesukker, lactose | tyndtarmen |
| lipase | spalter fedtstoffer | bugspyt |
| katalase | spalter hydrogenperoxid | næsten alle celler |
Enzymer og temperatur
Et enzym er et stort molekyle, der er foldet på en ganske bestemt måde. Hvis foldningen ødelægges, passer substratet ikke længere i det aktive center.
Op til omkring 40 °C stiger enzymets aktivitet med temperaturen, som den gør for alle andre reaktioner. Det så du i afsnit B1.4. Den temperatur, hvor enzymet arbejder hurtigst, kaldes enzymets optimum. Bliver det varmere, begynder enzymet at miste sin form. Det kaldes, at enzymet denaturerer. Et denatureret enzym virker ikke, og det får som regel ikke sin form igen, når det køles ned.
Det er grunden til, at den kogte kartoffel ikke kunne få hydrogenperoxid til at skumme.
Enzymer er også følsomme over for pH. Hvert enzym har en pH-værdi, hvor det arbejder bedst. Enzymet pepsin i mavesækken virker bedst ved pH 2, mens amylase i spyttet virker bedst omkring pH 7.
Du har nu set fire ting, der ændrer en reaktions hastighed: koncentrationen, overfladen, temperaturen og en katalysator.
Prøv selv: Reaktionshastighed: aflæs hastigheden på en kurve.