Historia
El término catálisis (del griego kata-, «abajo», y lyein, «aflojar») fue empleado por primera vez por el gran químico sueco Jöns Jacob Berzelius en 1835 para correlacionar un grupo de observaciones realizadas por otros químicos a finales del siglo XVIII y principios del XIX. Entre ellas se encuentran la mayor conversión del almidón en azúcar por los ácidos, observada por primera vez por Gottlieb Sigismund Constantin Kirchhoff; las observaciones de Sir Humphry Davy de que el platino acelera la combustión de diversos gases; el descubrimiento de la estabilidad del peróxido de hidrógeno en solución ácida, pero su descomposición en presencia de álcalis y de metales como el manganeso, la plata, el platino y el oro; y la observación de que la oxidación del alcohol en ácido acético se realiza en presencia de platino finamente dividido. Los agentes que promueven estas diversas reacciones se denominaron catalizadores, y Berzelius postuló una fuerza catalítica especial desconocida que operaba en tales procesos.
En 1834 el científico inglés Michael Faraday había examinado el poder de una placa de platino para lograr la recombinación del hidrógeno y el oxígeno gaseosos (los productos de la electrólisis del agua) y el retraso de esa recombinación por la presencia de otros gases, como el etileno y el monóxido de carbono. Faraday sostenía que lo esencial para la actividad era una superficie metálica perfectamente limpia (en la que los gases retardadores pudieran competir con los gases reaccionantes y así suprimir la actividad), un concepto que más tarde se demostraría de importancia general en la catálisis.
Muchas de las artes técnicas primitivas implicaban aplicaciones inconscientes de la catálisis. La fermentación del vino en ácido acético y la fabricación de jabón a partir de grasas y álcalis eran bien conocidas en la historia temprana del hombre. El ácido sulfúrico preparado mediante la cocción de mezclas de azufre y nitre (nitrato de sodio) fue un precursor del proceso de fabricación de ácido sulfúrico con cámara de plomo, en el que la oxidación del dióxido de azufre se aceleraba mediante la adición de óxidos de nitrógeno. (Un mecanismo para este último proceso fue sugerido por Sir Humphry Davy en 1812 sobre la base de experimentos realizados por otros.)
En 1850 se desarrolló el concepto de velocidad de reacción durante los estudios de hidrólisis, o inversión, del azúcar de caña. El término inversión se refiere al cambio de rotación que sufre la luz monocromática al atravesar el sistema de reacción, un parámetro que se puede medir fácilmente, facilitando así el estudio de la reacción. Se comprobó que, en todo momento, la velocidad de inversión era proporcional a la cantidad de azúcar de caña que se transformaba y que la velocidad se aceleraba con la presencia de ácidos. (Más tarde se demostró que la velocidad de inversión era directamente proporcional a la fuerza del ácido). Este trabajo fue en parte el precursor de los estudios posteriores sobre la velocidad de reacción y la influencia aceleradora de una mayor temperatura sobre dicha velocidad realizados por J.H. van ‘t Hoff, Svante Arrhenius y Wilhelm Ostwald, todos los cuales desempeñaron un papel destacado en el desarrollo de la ciencia de la química física. El trabajo de Ostwald sobre las velocidades de reacción le llevó en la década de 1890 a definir los catalizadores como sustancias que cambian la velocidad de una determinada reacción química sin modificar los factores energéticos de la misma.
Esta afirmación de Ostwald fue un avance memorable ya que implicaba que los catalizadores no cambian la posición de equilibrio en una reacción. En 1877 Georges Lemoine había demostrado que la descomposición del ácido hidriódico en hidrógeno y yodo alcanzaba el mismo punto de equilibrio a 350 °C (660 °F), el 19%, tanto si la reacción se llevaba a cabo rápidamente en presencia de una esponja de platino como si se realizaba lentamente en fase gaseosa. Esta observación tiene una consecuencia importante: un catalizador para el proceso de avance en una reacción es también un catalizador para la reacción inversa. P.E.M. Berthelot, el distinguido químico francés, confirmó esta observación en 1879 con sistemas líquidos, cuando descubrió que la reacción de los ácidos orgánicos y los alcoholes, llamada esterificación, es catalizada por la presencia de pequeñas cantidades de un ácido inorgánico fuerte, al igual que el proceso inverso, la hidrólisis de los ésteres (la reacción entre un éster y el agua).
La aplicación deliberada de los catalizadores a los procesos industriales se llevó a cabo en el siglo XIX. P. Phillips, un químico inglés, patentó el uso del platino para oxidar el dióxido de azufre a trióxido de azufre con aire. Su proceso se empleó durante un tiempo, pero se abandonó debido a la pérdida de actividad del catalizador de platino. Posteriormente se descubrió que los responsables eran los venenos de los reactivos y el proceso se convirtió en un éxito técnico a principios del siglo XX. En 1871 se desarrolló un proceso industrial para la oxidación del ácido clorhídrico a cloro en presencia de sales cúpricas impregnadas en ladrillos de arcilla. El cloro obtenido se empleaba en la fabricación de polvo blanqueador (una sustancia seca que libera cloro al ser tratada con ácido) por reacción con la cal. También en esta reacción se observó que se alcanzaba el mismo equilibrio en ambas direcciones. Además, se comprobó que cuanto menor era la temperatura, mayor era el contenido de cloro en el equilibrio; una temperatura de trabajo de 450 °C (840 °F) producía la máxima cantidad de cloro en un tiempo conveniente.
Hacia finales del siglo XIX se llevaron a cabo los estudios clásicos del eminente químico francés Paul Sabatier sobre la interacción del hidrógeno con una gran variedad de compuestos orgánicos utilizando diversos catalizadores metálicos; esta investigación condujo al desarrollo de una patente alemana para la hidrogenación de grasas insaturadas líquidas a grasas saturadas sólidas con catalizadores de níquel. El desarrollo de tres importantes procesos catalíticos alemanes tuvo un gran impacto en la industria a finales del siglo XIX y en las primeras décadas del XX. Uno de ellos fue el llamado proceso de contacto para producir ácido sulfúrico de forma catalítica a partir del dióxido de azufre producido por las operaciones de fundición. Otro fue el método catalítico para la producción sintética del valioso colorante índigo. El tercero fue la combinación catalítica de nitrógeno e hidrógeno para la producción de amoníaco -el proceso Haber-Bosch para la fijación del nitrógeno- desarrollado por los químicos Fritz Haber y Carl Bosch.