При гомогенном катализе реагирующие вещества и катализатор обра-
зуют однофазную систему (жидкую или газовую). Примером гомогенного
катализа могут служить реакции горения водорода и оксида углерода, в ко-
торых роль катализаторов выполняют активированные частицы, а также ре-
акция окисления диоксида серы в присутствии диоксида азота в камерном и
башенном методах производства серной кислоты.
Установлено, что скорость химической реакции при гомогенном катали-
зе пропорциональна концентрации катализатора.
При гетерогенном катализе катализатор составляет самостоятельную
фазу (обычно твердую). Этот тип катализа получил очень широкое распро-
странение в промышленности. Большую часть продукции, вырабатываемой
химической и смежными отраслями промышленности, получают с помощью
гетерогенного катализа, как правило газового, т.е. когда ускоряются реакции
газовой фазы. Менее распространен гетерогенный катализ в жидкой фазе
(гидрогенизация жиров).
Все реакции при гетерогенном катализе протекают на поверхности ката-
лизатора. Твердые катализаторы, которые наиболее распространены, чаще
всего выпускают в виде зерен, таблеток, гранул. Это в основном металлы и
их оксиды, например медь, серебро, платина, платиноиды, хром, молибден,
железо, никель, кобальт и др. Часто металлы используют в виде дисперсий на
поверхности носителей.
Носители, или трегеры, представляют собой пористые, индифферент-
ные вещества, в качестве которых применяют пемзу, силикагель, каолин, ак-
тивированный уголь, алюмосиликаты и др. Носители увеличивают поверх-
ность катализатора, а также прочность контактов. Механическая прочность
катализаторов является их важнейшим свойством. В целом использование
носителя снижает себестоимость катализатора.
Действие катализаторов сводится к уменьшению энергии активации ре-
акции. Реакция разложения аммиака в отсутствие катализатора имеет энер-
гию активации 297400 Дж/моль, а при наличии ванадиевого катализатора -
только 163800 Дж/моль. Энергия активации процесса разложения оксида азо-
та без катализатора и с платиновым катализатором - соответственно 245700 и
136500 Дж/моль.
Снижение энергии активации реакции в присутствии катализатора объ-
ясняется образованием промежуточных соединений (активированных ком-
плексов). Вначале катализатор и реагирующее вещество образуют промежу-
точное соединение, которое затем реагирует с другим исходным веществом,
давая конечные продукты реакции и высвобождая катализатор.
Промежуточное соединение в катализе - это не обычное устойчивое со-
единение, которое может быть выделено в чистом виде или существует в ви-
де отдельной фазы. Промежуточные соединения очень нестойки, с малым
периодом жизни, существуют только в процессе катализа. Их свойства резко
отличаются от свойств аналогичных соединений, образующих объемную фа-
зу. Схематично реакцию между исходными веществами А, В с участием ка-
тализатора K можно представить следующим образом:
173