Химическая транспортная реакция
В химии химическая транспортная реакция процесс очистки и кристаллизации нелетучих описывает твердых веществ . [1] Этот процесс также отвечает за некоторые аспекты роста минералов из выбросов вулканов . Этот метод отличается от химического осаждения из паровой фазы , которое обычно влечет за собой разложение молекулярных предшественников (например, SiH 4 → Si + 2 H 2 ) и дает конформные покрытия.Техника, популяризированная Харальдом Шефером , [2] влечет за собой обратимое превращение нелетучих элементов и химических соединений в летучие производные. [3] Летучее производное мигрирует по герметичному реактору, обычно по герметичной и вакуумированной стеклянной трубке, нагреваемой в трубчатой печи . Поскольку трубка находится под температурным градиентом, летучее производное возвращается в исходное твердое вещество, а транспортный агент высвобождается на конце, противоположном тому, от которого он образовался (см. следующий раздел). Таким образом, транспортный агент является каталитическим . Этот метод требует, чтобы два конца трубки (содержащей образец, подлежащий кристаллизации) поддерживались при разных температурах. Для этой цели применяют так называемые двухзонные трубчатые печи. Этот метод основан на процессе Ван Аркеля де Бура. [4] который использовался для очистки титана и ванадия и использует йод в качестве транспортного агента.
Случаи экзотермических и эндотермических реакций переносчика
[ редактировать ]Реакции переноса классифицируются в соответствии с термодинамикой реакции между твердым телом и транспортирующим агентом. Когда реакция экзотермическая , интересующее твердое вещество транспортируется из более холодного конца (который может быть довольно горячим) реактора в горячий конец, где константа равновесия менее благоприятна и кристаллы растут. Реакция диоксида молибдена с транспортирующим агентом йодом является экзотермическим процессом, поэтому МоО 2 мигрирует от более холодного конца (700 °С) к более горячему концу (900 °С):
- MoO 2 + I 2 ⇌ MoO 2 I 2 ΔH rxn < 0 (экзотермический)
При использовании 10 миллиграммов йода на 4 грамма твердого вещества процесс занимает несколько дней.
Альтернативно, когда реакция твердого вещества и транспортного агента является эндотермической, твердое вещество транспортируется из горячей зоны в более холодную. Например:
Образец оксида железа(III) выдерживают при 1000 °С, а продукт выращивают при 750 °С. HCl является транспортным агентом. Сообщается, что кристаллы гематита наблюдаются в жерлах вулканов из-за химических реакций переноса, при которых вулканический хлористый водород улетучивает оксиды железа (III). [5]
Галогенная лампа
[ редактировать ]Подобная реакция, как у МоО 2 , используется в галогенных лампах . Вольфрам испаряется из вольфрамовой нити и превращается со следами кислорода и йода в WO 2 I 2 , при высоких температурах вблизи нити соединение разлагается обратно на вольфрам, кислород и йод. [6]
- WO 2 + I 2 ⇌ WO 2 I 2 , ΔH rxn < 0 (экзотермический)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Майкл Бинньюис, Роберт Глаум, Маркус Шмидт, Пер Шмидт «Химические реакции переноса пара - исторический обзор», Журнал неорганической и общей химии, 2013, том 639, страницы 219–229. два : 10.1002/zaac.201300048
- ^ Günther Rienäcker, Josef Goubeau (1973). "Professor Harald Schäfer". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 395 (2–3): 129–133. doi:10.1002/zaac.19733950202.
- ^ Schäfer, H. "Chemical Transport Reactions" Academic Press, New York, 1963.
- ^ van Arkel, A. E.; de Boer, J. H. (1925). "Darstellung von reinem Titanium-, Zirkonium-, Hafnium- und Thoriummetall". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie (in German). 148 (1): 345–350. doi:10.1002/zaac.19251480133.
- ^ P. Kleinert, D. Schmidt (1966). "Beiträge zum chemischen Transport oxidischer Metallverbindungen. I. Der Transport von α-Fe2O3 über dimeres Eisen(III)-chlorid". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 348 (3–4): 142–150. doi:10.1002/zaac.19663480305.
- ^ J. H. Dettingmeijer, B. Meinders (1968). "Zum system W/O/J. I: das Gleichgewicht WO2, f + J2, g = WO2J2,g". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 357 (1–2): 1–10. doi:10.1002/zaac.19683570101.