En química , una reacción de transporte químico describe un proceso de purificación y cristalización de sólidos no volátiles . [1] El proceso también es responsable de ciertos aspectos del crecimiento mineral del efluente de los volcanes . La técnica es distinta de la deposición química en fase de vapor , que normalmente implica la descomposición de precursores moleculares (por ejemplo, SiH 4 → Si + 2 H 2 ) y que produce revestimientos conformados. La técnica, que fue popularizada por Harald Schäfer , [2] implica la conversión reversible de no volátileselementos y compuestos químicos en derivados volátiles. [3] El derivado volátil migra a través de un reactor sellado, típicamente un tubo de vidrio sellado y evacuado calentado en un horno tubular . Debido a que el tubo está bajo un gradiente de temperatura, el derivado volátil vuelve al sólido original y el agente de transporte se libera en el extremo opuesto al que se originó (ver la siguiente sección). Por tanto, el agente de transporte es catalítico . La técnica requiere que los dos extremos del tubo (que contiene la muestra a cristalizar) se mantengan a diferentes temperaturas. Para ello se emplean los denominados hornos tubulares de dos zonas. El método se deriva del proceso de Van Arkel de Boer [4] que se utilizó para la purificación de titanio y vanadio y utiliza yodo como agente de transporte.
Casos de reacciones exotérmicas y endotérmicas del agente transportador.
Las reacciones de transporte se clasifican según la termodinámica de la reacción entre el sólido y el agente de transporte. Cuando la reacción es exotérmica , el sólido de interés se transporta desde el extremo más frío (que puede estar bastante caliente) del reactor a un extremo caliente, donde la constante de equilibrio es menos favorable y los cristales crecen. La reacción del dióxido de molibdeno con el agente transportador yodo es un proceso exotérmico, por lo que el MoO 2 migra del extremo más frío (700 ° C) al extremo más caliente (900 ° C):
- MoO 2 + I 2 ⇌ MoO 2 I 2 ΔH rxn <0 (exotérmico)
Usando 10 miligramos de yodo por 4 gramos del sólido, el proceso requiere varios días.
Alternativamente, cuando la reacción del sólido y el agente de transporte es endotérmica, el sólido se transporta de una zona caliente a una más fría. Por ejemplo:
La muestra de óxido de hierro (III) se mantiene a 1000 ° C y el producto se hace crecer a 750 ° C. HCl es el agente de transporte. Según se informa, se observan cristales de hematita en las bocas de los volcanes debido a reacciones de transporte químico mediante las cuales el cloruro de hidrógeno volcánico volatiliza los óxidos de hierro (III). [5]
Lámpara halógena
En las lámparas halógenas se utiliza una reacción similar a la del MoO 2 . El tungsteno se evapora del filamento de tungsteno y se convierte con trazas de oxígeno y yodo en el WO 2 I 2 , a las altas temperaturas cerca del filamento, el compuesto se descompone de nuevo en tungsteno, oxígeno y yodo. [6]
- WO 2 + I 2 ⇌ WO 2 I 2 , ΔH rxn <0 (exotérmico)
Referencias
- ^ Michael Binnewies, Robert Glaum, Marcus Schmidt, Peer Schmidt "Reacciones de transporte de vapor químico: una revisión histórica" Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie 2013, volumen 639, páginas 219-229. doi : 10.1002 / zaac.201300048
- ^ Günther Rienäcker, Josef Goubeau (1973). "Profesor Harald Schäfer". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie . 395 (2-3): 129-133. doi : 10.1002 / zaac.19733950202 .
- ^ Schäfer, H. "Reacciones de transporte químico" Academic Press, Nueva York, 1963.
- ^ van Arkel, AE; de Boer, JH (1925). "Darstellung von reinem Titanium-, Zirkonium-, Hafnium- und Thoriummetall". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie (en alemán). 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-Fe 2 O 3 über dimeres Eisen (III) -cloruro". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie . 348 (3–4): 142–150. doi : 10.1002 / zaac.19663480305 .
- ^ JH Dettingmeijer, B. Meinders (1968). "Sistema Zum W / O / J. I: das Gleichgewicht WO 2 , f + J 2 , g = WO 2 J 2 , g". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie . 357 (1–2): 1–10. doi : 10.1002 / zaac.19683570101 .