3. Catalyse homogène
Par définition, le catalyseur est dissous dans le gaz, le liquide ou le solide dans lequel se produit la réaction catalysée. C'est donc un corps à l'état moléculaire, que l'on connaît bien puisque l'opérateur lui-même l'a placé dans le mélange.
Dans un gaz, le catalyseur est forcément une molécule assez simple, ce qui permet de supposer qu'on expliquera facilement le mécanisme : en effet, une molécule très complexe et très lourde ne peut passer facilement à l'état gazeux. En solution, le catalyseur peut être beaucoup plus complexe, et la nature du solvant joue un rôle déterminant. Un cas extrême est celui de la catalyse par les enzymes des principales réactions chimiques accompagnant le fonctionnement des organismes vivants (digestion, respiration). L'activité et la sélectivité de ces catalyseurs naturels dépassent de très loin celles de tous les catalyseurs connus. Leur dimension est telle que l'on se trouve à la limite entre catalyse homogène et hétérogène (plusieurs milliers de fois celle des molécules qu'ils activent).
• Mécanisme
On peut assez souvent, dans les cas simples, séparer la réaction catalytique en deux parties, la première consommant le catalyseur et la deuxième le régénérant. C'est même là un moyen général de « fabriquer » des réactions catalytiques.
Ainsi, vers 600 0C, la vapeur d'iode s'empare de l'hydrogène des alcanes pour former de l'acide iodhydrique et des alcènes ou des hydrocarbures dérivés du benzène, de rapport H/C plus faible. D'autre part, l'oxygène attaque l'acide iodhydrique en lui arrachant son hydrogène, pour former de l'eau et de l'iode. On conçoit que, dans les conditions choisies pour que ces deux réactions aient lieu à la même vitesse, l'iode soit un catalyseur de déshydrogénation des alcanes par l'oxygène, puisque :
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