Fachgebiet - Anorganische Chemie, Physikalische Chemie, Grenzflächenchemie

Bei der heterogenen Katalyse befinden sich die reagierenden Stoffe und der Katalysator in mindestens zwei getrennten Phasen. Beispielsweise wird bei der Ammoniak-Synthese das Gasgemisch aus Stickstoff und Wasserstoff über einem festen Katalysator umgesetzt:

Hinsichtlich des Phasenzustandes, der umzusetzenden Stoffe und des Katalysators, teilt man die katalytischen Umsetzungen in homogene und heterogene Systeme ein.

Typisch für heterogene Katalysen sind gasförmige Edukte und feste Katalysatoren, die - insbesondere in der Technik - auch als Kontakte bezeichnet werden. Die Katalyse findet an der (äußeren und/oder inneren) Oberfläche des Katalysators statt, woher auch die Bezeichnungen Oberflächenkatalyse und Kontaktkatalyse stammen. Von Bedeutung für den gesamten Reaktionsablauf sind Diffusionsprozesse sowie Adsorptions- und Desorptionsvorgänge der Reaktanten und Produkte. Typische Reaktionstemperaturen sind 200-600 $\text{°C}$. Vielfach werden die Reaktionen unter hohen Drucken ausgeführt.

Oft setzt sich das reagierende System einer heterogen katalysierten Reaktion auch aus drei Phasen in verschiedenen Kombinationen zusammen. Zum Beispiel kann der Katalysator in festem Zustand und die Reagenzien können in gasförmiger und flüssiger Phase vorliegen. Vorwiegend laufen die heterogen katalysierten Prozesse an festen Katalysatoren ab.

Wenn alle Reaktionspartner und der Katalysator als Gase vorliegen, so ist dies immer eine homogene Katalyse, da sich die Gase vollständig vermischen. Bei einem System aus verschiedenen Flüssigkeiten ist dies nicht unbedingt der Fall, da Flüssigkeiten miteinander nicht vollständig mischbar sein müssen. Daraus folgt, dass derartige Systeme von mehreren Flüssigkeiten prinzipiell homogen oder heterogen sein könnten.

Prinzipiell sind die nachfolgenden acht binären Systeme bei einer heterogenen Katalyse möglich.

Siehe auch: Katalysator , Katalyse , homogene Katalyse , Ammoniak-Synthese