Хімічні реакції, що протікають на межі розділу двох фаз, називають гетерогенними.
Гетерогенні процеси широко поширені в природі і часто використовуються в практиці. Прикладами можуть служити процеси розчинення, кристалізації, випаровування, конденсації, хімічні реакції на межі поділу двох фаз, гетерогенний каталіз і ін. Труднощі вивчення гетерогенних реакцій обумовлена природою твердих тіл (для однієї і тієї ж системи швидкість процесу залежить від структури твердої речовини, наявності дефектів в кристалічній решітці і змісту різних домішок).
У гетерогенних реакціях, як правило, можна виділити щонайменше три стадії:
1) перенесення реагуючих речовин до поверхні розділу фаз, тобто в реакційну зону;
2) власне хімічну взаємодію;
3) перенесення продуктів реакції з реакційної зони.
Можуть бути й інші стадії, наприклад
· Адсорбція і десорбція;
· Додаткові хімічні перетворення продукту реакції у поверхні твердого тіла;
· Комплексообразование, димеризація, протонирование.
Швидкість всього процесу визначається лимитирующей (найповільнішої) стадією. Якщо швидкість власне хімічної взаємодії значно більше швидкості підведення реагентів до реакційної зоні і відведення продуктів від неї, то загальна швидкість процесу буде відповідати швидкості перенесення реагентів і продуктів, і для мимовільних термічно ініційованих реакцій вона буде визначатися процесами дифузії речовин. У цьому випадку говорять, що реакція протікає в дифузійному режимі або знаходиться в дифузійної області.
Перенесення речовини до кордону між фазами може здійснюватися за рахунок конвекції і дифузії. Конвекцією називають переміщення всієї середовища в цілому. Конвекція розчину на кордоні з твердою поверхнею може відбуватися через різної щільності в обсязі розчину і поблизу поверхні твердого тіла, що викликається неоднаковою концентрацією або температурою розчину. Конвекцію можна створювати також переміщенням твердого тіла в розчині або розчину поблизу поверхні твердого тіла (обертання твердого тіла, перемішування розчину).
Дифузія - це спрямоване переміщення речовини з області з більшою концентрацією в область з меншою концентрацією. Підведення речовини дифузією визначається першим законом Фіка. згідно з яким: кількість dn речовини, продіффундіровавшего через площадку S, перпендикулярну потоку в напрямку від більшої концентрації до меншої, пропорційно часу dt і градієнту концентрації
(DС \ d х) dn = - DS (dС \ d х) dt
де коефіцієнт D - називається коефіцієнтом дифузії. Він залежить від природи диффундирующего речовини і середовища, а також від температури.
У тому випадку, коли власне хімічну взаємодію є найбільш повільної стадією, тобто дифузія протікає порівняно швидко, горять, що реакція протікає в кінетичному режимі або знаходиться в кінетичної області. У тому випадку, коли швидкості реакції і дифузії приблизно рівні, говорять про перехідному режимі або про перехідної області гетерогенної реакції. При підвищенні температури лімітуючим стадія і відповідно механізм гетерогенної реакції можуть змінюватися. Це пов'язано з різним характером залежності константи швидкості хімічної реакції k і коефіцієнта дифузії від температури.