非均相反应（Heterogeneous reaction）又称“多相反应”，反应物是两相或两相以上的组分（固体和气体、固体和液体、两种互不混溶的液体），或者一种或多种反应物在界面上（如固体催化剂表面上）进行的化学反应的总称。环境中的非均相催化过程，如大气中的二氧化硫在与颗粒物表面上含有的锰、铁等金属离子接触时，会发生催化氧化作用而生成硫酸盐； 二氧化硫对金属材料、建筑物的氧化腐蚀作用等都为非均相反应。

非均相反应，即在多相物系的各相间进行的化学反应。一般在两相的界面上进行。按相界面的类型不同有以下几种反应：（1）气-固相反应。如工业上的碳和水蒸气作用制取一氧化碳和氢以及气-固相催化反应等；（2）液-固相反应。如水和碳化钙作用制取乙炔的反应；（3）气-液相反应，如用水吸收三氧化硫制造硫酸；（4）液-液相反应。如用硫酸处理石油产品；（5）固-固相反应。如陶瓷的烧结。

对于多相反应，反应物向界面扩散是必不可少的步骤，而相界面的大小（可用分散度来衡量）和性质，是影响多相反应的重要因素。但多相反应一般由好几个步骤组成，扩散只是其中一步，反应往往由最慢的一步控制。

在大气中，气体分子在颗粒物表面的非均相反应机理一般有6种类型。图1描述了这6种反应机理。

（1）机理（a）是气体分子G在表面的非反应性的可逆吸附。假设吸附符合简单的朗格缪尔（Langmuir）吸附机理，则G分子的覆盖度将取决于G分子在大气中的分压P、温度和朗格缪尔平衡常数K。

（2）机理（b）代表了气体分子的可逆吸附和随后的表面反应，这种情况下，要考虑吸附的限制，由于反应后与表面键合的生成物可能阻碍了活性位，反应会随之减弱。该机理主要应用于O3在有机物附着的烟炱表面的反应，对矿物颗粒表面的反应也能适用。

（3）机理（c）代表了气体分子的可逆吸附和随后的表面反应，反应可能生成新的气相产物，同时表面的产物进入颗粒物的体相中。该机理中，表面反应位得到再生，颗粒物的反应性将由其总体积决定，而不仅仅是表面反应位。

（4）机理（d）代表气体分子吸附在矿物颗粒物表面的潮解液膜中，随后经过溶解、扩散进入液相并在液膜中反应，反应可能生成新的气相产物。这种反应与气体分子在含有相似组成的液滴中的反应相似。

（5）机理（e）代表催化反应。该机理的反应能够连续地发生，表面不会达到饱和。对于催化反应，反应摄取系数在达到稳态之前也随着时间下降，因为表面的一些活性强的吸附位随着时间而减弱，如臭氧在沙尘颗粒上的降解反应。但随着反应的进行，一些活性位可能失去部分活性，所以反应摄取系数会一直降低，直到达到一个稳态摄取系数值。

（6）机理（f）代表一种更加复杂的情况，表面形成了多层覆盖，可以发生协同吸附，即一种吸附分子通过提供反应位或介质来帮助其他分子的吸附。

在大气化学模式中，一般需要分析某一特定气体物种与颗粒物相互作用的具体讨程．然后选择相应的机理讲行讨论。

固体燃烧反应属于非均相化学反应。非均相反应涉及的物质存在不同的物态，即气液反应或气固反应。整个多相催化反应过程可概括为以下七个步骤：

（1）反应组分从流体主体向固体催化剂外表面传递；

（2）反应组分从外表面向催化剂内表面传递；

（3）反应组分在催化剂表面的活性中心上吸附；

（4）在催化剂表面上进行化学反应；

（5）反应产物在催化剂表面上脱附；

（6）反应产物从催化剂内表面向外表面传递；

（7）反应产物从催化剂的外表面向流体主体传递。

以上七个步骤中，（1）和（7）是气相主体通过气膜与颗粒外表面进行物质传递，称为外扩散过程；（2）和（6）是颗粒内的传质，称为内扩散过程；（3）、（4）、（5）分别是在颗粒表面上进行吸附、化学反应、脱附的过程统称为化学动力学过程。

多相催化反应过程是一个多步骤过程，如果其中某一步骤的速率与其他各步的速率相比要慢得多，以致整个反应速率取决于这一步的速率。该步骤就称为速率控制步骤。当反应过程达到定常态时，各步骤的速率应该相等，且反应过程的速率等于控制步骤的速率。

除化学的结合能力以外，某些影响相同物质传递速率的物理因素，也影响非均相反应的总速率。这些因素如下：

（1）界面面积大小。在某些情况下它和反应速率成正此。界面是由于粉碎固体、用喷嘴或搅拌器分散流体，或在渗透过固体颗粒床时的分散作用所形成的。

（2）流体透过界面薄膜时的扩散速率。除受反应物的物料性质和系统的几何条件的影响外主要受到二相间的相对流速、气相压强、其次也受系统的温度等的影响。

（3）产物离开反应区的扩散速率。如果产物浓度不足以影响反应物的扩散系数，这只对可逆反应有重大影响。