Historia
Termin kataliza (od greckiego kata-, „w dół” i lyein, „luzować”) został po raz pierwszy użyty przez wielkiego szwedzkiego chemika Jönsa Jacoba Berzeliusa w 1835 r. do skorelowania grupy obserwacji poczynionych przez innych chemików pod koniec XVIII i na początku XIX wieku. Obejmowały one zwiększoną konwersję skrobi do cukru przez kwasy po raz pierwszy zaobserwowane przez Gottlieb Sigismund Constantin Kirchhoff, obserwacje Sir Humphry Davy, że platyna przyspiesza spalanie różnych gazów, odkrycie stabilności nadtlenku wodoru w roztworze kwasu, ale jego rozkład w obecności zasad i takich metali jak mangan, srebro, platyna i złoto, a obserwacja, że utlenianie alkoholu do kwasu octowego jest dokonywana w obecności drobno podzielonej platyny. Czynniki promujące te różne reakcje zostały określone jako katalizatory, a Berzelius postulował specjalną nieznaną siłę katalityczną do działania w takich procesach.
W 1834 roku angielski naukowiec Michael Faraday zbadał moc płyty platynowej do osiągnięcia rekombinacji gazowego wodoru i tlenu (produkty elektrolizy wody) i opóźnienie tej rekombinacji przez obecność innych gazów, takich jak etylen i tlenek węgla. Faraday utrzymywał, że niezbędna do aktywności jest idealnie czysta powierzchnia metaliczna (na której gazy opóźniające mogłyby konkurować z gazami reagującymi i w ten sposób tłumić aktywność), koncepcja, która później okazała się ogólnie ważna w katalizie.
Wiele prymitywnych sztuk technicznych wiązało się z nieświadomymi zastosowaniami katalizy. Fermentacja wina do kwasu octowego i produkcja mydła z tłuszczów i zasad były dobrze znane we wczesnej historii człowieka. Kwas siarkowy przygotowywany przez wypalanie mieszanin siarki i azotu (azotanu sodu) był wczesnym prekursorem procesu produkcji kwasu siarkowego w komorze ołowiowej, w którym utlenianie dwutlenku siarki zostało przyspieszone przez dodanie tlenków azotu. (Mechanizm tego ostatniego procesu został zasugerowany przez Sir Humphry Davy’ego w 1812 roku na podstawie eksperymentów przeprowadzonych przez innych.)
W 1850 roku koncepcja szybkości reakcji została rozwinięta podczas badań nad hydrolizą, lub inwersją, cukru trzcinowego. Termin inwersja odnosi się do zmiany rotacji, jakiej ulega światło monochromatyczne podczas przechodzenia przez układ reakcyjny, parametru, który można łatwo zmierzyć, ułatwiając w ten sposób badanie reakcji. Stwierdzono, że w każdym momencie szybkość inwersji była proporcjonalna do ilości cukru trzcinowego ulegającego przemianie oraz że szybkość ta była przyspieszana przez obecność kwasów. (Później wykazano, że szybkość inwersji jest wprost proporcjonalna do mocy kwasu). Praca ta była po części prekursorem późniejszych badań nad szybkością reakcji i przyspieszającym wpływem wyższej temperatury na tę szybkość, prowadzonych przez J.H. van 't Hoffa, Svante Arrheniusa i Wilhelma Ostwalda, z których wszyscy odegrali wiodące role w rozwijającej się nauce chemii fizycznej. Praca Ostwalda nad szybkością reakcji doprowadziła go w latach 90. XIX wieku do zdefiniowania katalizatorów jako substancji, które zmieniają szybkość danej reakcji chemicznej bez modyfikacji czynników energetycznych reakcji.
To stwierdzenie Ostwalda było godnym zapamiętania postępem, ponieważ implikowało, że katalizatory nie zmieniają położenia równowagi w reakcji. W 1877 r. Georges Lemoine wykazał, że rozkład kwasu hydriodowego na wodór i jod osiągnął ten sam punkt równowagi w temperaturze 350°C (660°F), 19 procent, niezależnie od tego, czy reakcja była prowadzona szybko w obecności gąbki platynowej, czy powoli w fazie gazowej. Obserwacja ta ma ważną konsekwencję: katalizator dla procesu postępującego w reakcji jest również katalizatorem dla reakcji odwrotnej. P.E.M. Berthelot, wybitny francuski chemik, potwierdził tę obserwację w 1879 roku w układach ciekłych, gdy stwierdził, że reakcja kwasów organicznych i alkoholi, zwana estryfikacją, jest katalizowana przez obecność niewielkich ilości silnego kwasu nieorganicznego, podobnie jak proces odwrotny, hydroliza estrów (reakcja między estrem a wodą).
Celowe zastosowanie katalizatorów w procesach przemysłowych zostało podjęte w XIX wieku. P. Phillips, angielski chemik, opatentował użycie platyny do utleniania dwutlenku siarki do trójtlenku siarki za pomocą powietrza. Jego proces był stosowany przez pewien czas, ale został zarzucony z powodu utraty aktywności przez katalizator platynowy. Później okazało się, że odpowiedzialne za to są trucizny zawarte w reagentach, a proces stał się sukcesem technicznym na przełomie XIX i XX wieku. W 1871 r. opracowano przemysłowy proces utleniania kwasu solnego do chloru w obecności soli miedziowych impregnowanych w cegle glinianej. Otrzymany chlor był wykorzystywany do produkcji proszku wybielającego (suchej substancji, która uwalnia chlor pod wpływem kwasu) poprzez reakcję z wapnem. Również w tej reakcji zaobserwowano, że w obu kierunkach osiągana jest taka sama równowaga. Ponadto stwierdzono, że im niższa temperatura, tym większa zawartość chloru w równowadze; temperatura robocza 450 °C (840 °F) wytwarza maksymalną ilość chloru w dogodnym czasie.
Pod koniec XIX wieku, klasyczne badania wybitnego francuskiego chemika Paula Sabatiera nad oddziaływaniem wodoru z szeroką gamą związków organicznych zostały przeprowadzone przy użyciu różnych katalizatorów metalowych; badania te doprowadziły do opracowania niemieckiego patentu na uwodornienie ciekłych tłuszczów nienasyconych do stałych tłuszczów nasyconych przy użyciu katalizatorów niklowych. Rozwój trzech ważnych niemieckich procesów katalitycznych miał ogromny wpływ na przemysł pod koniec XIX wieku i w pierwszych dziesięcioleciach XX wieku. Jednym z nich był tzw. proces kontaktowy do katalitycznego wytwarzania kwasu siarkowego z dwutlenku siarki powstającego w procesach hutniczych. Drugim była katalityczna metoda syntetycznej produkcji cennego barwnika indygo. Trzeci to katalityczne połączenie azotu i wodoru do produkcji amoniaku – proces Habera-Boscha do wiązania azotu – opracowany przez chemików Fritza Habera i Carla Boscha.