Мультиплетная теория
Согласно этой теории, активными центрами на поверхности катализатора являются, так называемые мультиплеты. Под мультиплетами понимают участки поверхности кристаллической решетки катализатора, имеющие конфигурацию близкую к расположению атомов в молекуле. Адсорбция реагирующих молекул на мультиплете протекает одновременно по нескольким силовым центрам. Многоцентровая адсорбция приводит к деформации молекул, к ослаблению и разрыву соответствующих связей и образованию новых связей в продуктах реакции. Оптимальный состав катализатора отвечает условию равенства энергии образования и разрушения мультиплетного комплекса.
Теория активных состояний
В соответствии с этой теорией каталитический процесс происходит на группе атомов, называемой активным ансамблем. В отличии от мультиплета, атомы активного ансамбля не являются атомами кристаллической решетки катализатора и могут свободно мигрировать в пределах определенной области поверхности катализатора, называемой блоком миграции. Блоки миграции ограничены потенциальными барьерами, связанными с несовершенством поверхности (трещин, примесей и т.д.).
Электронная теория
В основе лежит представление о том, что катализатор имеет свободные электроны. Такими электронами обеспечиваются свободные валентности на поверхности катализатора, за счет которых адсорбируются молекулы реагирующих веществ с образованием свободных атомов и радикалов. При взаимодействии свободных атомов и радикалов образуются продукты реакции. Например, непосредственное осуществление реакции Н2 + О2 = Н2О затруднено из-за насыщенности связей реагирующих веществ. На платиновом катализаторе свободные электроны переходят к молекуле кислорода, образуя ионы кислорода. На положительно заряженной платине адсорбируется молекула водорода, отдавая ей электроны и превращаясь в положительно заряженные ионы. Ионы водорода и кислорода взаимодействуя между собой, образует воду.
Ферментативный катализ
Наиболее удивительными катализаторами являются ферменты, катализирующие множество реакций, в том числе, в живых организмах. Ферменты представляют собой белки, т.е. они являются полипептидами с большим молекулярным весом (свыше 15000) и определенной пространственной структурой.
Полипептидами называют полимеры из остатков аминокислот (от 6 - 8 до нескольких десятков). Условная граница между полипептидами и белками лежит в области 6000 (свыше – белки).
Полимеры сворачиваются в клубки, при этом возникает электростатическое взаимодействие между отдельными областями цепей. В результате возникают активные центры, катализирующие ту или иную реакцию.
Скорость реакции, катализируемой ферментом, как правило, оказывается пропорциональной концентрации фермента. Если изменять концентрацию субстрата, то обычно при низких его концентрациях реакция имеет первый порядок по субстрату, а по мере увеличения концентрации субстрата порядок реакции приближается к нулевому.