Chemická transportní reakce - Chemical transport reaction

Zlaté krystaly vypěstované chemickým transportem pomocí chlór jako přepravní agent.
Schematické znázornění procesu CVT. Bod A je reakce mezi výchozími materiály a transportním činidlem za vzniku těkavých meziproduktů. Tyto meziprodukty se potom mohou volně pohybovat uvnitř trubice difúzí nebo konvekcí (bod B), a když dosáhnou bodu C, některé plynné druhy reagují za vzniku pevných produktů.

v chemie, a chemická transportní reakce popisuje postup čištění a krystalizace ne-nestálý pevné látky.[1] Tento proces je také zodpovědný za určité aspekty růstu minerálů z odpadních vod sopky. Technika se liší od chemická depozice par, což obvykle znamená rozklad molekulárních prekurzorů (např. SiH4 → Si + 2H2) a který dává konformní povlaky. Technika, kterou popularizoval Harald Schäfer,[2] znamená reverzibilní přeměnu energeticky nezávislých elementy a chemické sloučeniny na těkavé deriváty.[3] Těkavý derivát migruje skrz uzavřený reaktor, typicky uzavřenou a evakuovanou skleněnou trubici zahřátou v trubková pec. Protože je trubice pod teplotním gradientem, nestálý derivace se vrátí k mateřské pevné látce a transportní agent se uvolní na opačném konci, než ke kterému vznikl (viz další část). Transportní agent je tedy katalytické. Tato technika vyžaduje, aby byly dva konce zkumavky (obsahující vzorek ke krystalizaci) udržovány při různých teplotách. K tomu se používají tzv. Dvouzónové trubkové pece. Metoda je odvozena z Van Arkel de Boer proces[4] který byl použit k čištění titanu a vanadu a jako transportní prostředek používá jód.

Krystaly titan pěstované pomocí Van Arkel -de Boer zpracovat s I2 jako přepravní agent.

Případy exotermních a endotermických reakcí transportního činidla

Transportní reakce jsou klasifikovány podle termodynamika reakce mezi pevnou látkou a transportním činidlem. Když reakce je exotermické, potom je pevná látka, která je předmětem zájmu, transportována z chladnějšího konce (který může být docela horký) reaktoru na horký konec, kde je rovnovážná konstanta méně příznivá a krystaly rostou. Reakce oxid molybdeničitý s přepravním agentem jód je exotermický proces, tedy MoO2 migruje z chladnějšího konce (700 ° C) na horkější konec (900 ° C):

Bučení2 + Já2 ⇌ MoO2Já2 ΔHrxn <0 (exotermické)

Při použití 10 miligramů jódu na 4 gramy pevné látky proces vyžaduje několik dní.

Alternativně, když je reakce pevné látky a transportního činidla endotermická, je pevná látka transportována z horké zóny do chladnější. Například:

Fe2Ó3 + 6 HCl ⇌ Fe2Cl6 + 3 H2O ΔHrxn > 0 (endotermní)

Vzorek oxidu železitého se udržuje při 1000 ° C a produkt se pěstuje při 750 ° C. HCl je transportní agent. Krystaly hematit jsou údajně pozorovány v ústí sopek kvůli chemickým transportním reakcím, při kterých sopečný chlorovodík odpařuje oxidy železa (III).[5]

Halogenová lampa

Podobná reakce jako reakce MoO2 se používá v halogenové žárovky. Wolfram se odpaří z wolframového vlákna a převede se stopami kyslíku a jódu na WO2Já2, při vysokých teplotách v blízkosti vlákna se sloučenina rozkládá zpět na wolfram, kyslík a jód. [6]

WO2 + Já2 ⇌ WO2Já2, ΔHrxn <0 (exotermické)

Reference

  1. ^ Michael Binnewies, Robert Glaum, Marcus Schmidt, Peer Schmidt „Chemické reakce na transport par - historický přehled“ Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie 2013, svazek 639, strany 219–229. doi:10.1002 / zaac.201300048
  2. ^ Günther Rienäcker, Josef Goubeau (1973). „Profesor Harald Schäfer“. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 395 (2–3): 129–133. doi:10.1002 / zaac.19733950202.
  3. ^ Schäfer, H. „Chemical Transport Reactions“ Academic Press, New York, 1963.
  4. ^ van Arkel, A. E.; de Boer, J. H. (1925). „Darstellung von reinem Titanium-, Zirkonium-, Hafnium- und Thoriummetall“. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie (v němčině). 148 (1): 345–350. doi:10.1002 / zaac.19251480133.
  5. ^ P. Kleinert, D. Schmidt (1966). „Beiträge zum chemischen Transport oxidischer Metallverbindungen. I. Der Transport von α-Fe2Ó3 über dimeres Eisen (III) -chlorid ". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 348 (3–4): 142–150. doi:10.1002 / zaac.19663480305.
  6. ^ J. H. Dettingmeijer, B. Meinders (1968). „Systém Zum 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.