В химии химическая транспортная реакция описывает процесс очистки и кристаллизации нелетучих твердых веществ . [1] Этот процесс также отвечает за определенные аспекты роста минералов из стоков вулканов . Этот метод отличается от химического осаждения из паровой фазы , которое обычно влечет за собой разложение молекулярных прекурсоров (например, SiH 4 → Si + 2 H 2 ) и которое дает конформные покрытия. Метод, который был популяризирован Харальдом Шефером , [2] влечет за собой обратимое преобразование нелетучих элементов и химических соединений в летучие производные. [3] Летучее производное мигрирует через герметичный реактор, обычно герметичную и вакуумированную стеклянную трубку, нагреваемую в трубчатой печи . Поскольку трубка находится под градиентом температуры, летучее производное возвращается в исходное твердое вещество, а транспортный агент высвобождается на конце, противоположном тому, где он возник (см. следующий раздел). Транспортный агент, таким образом, является каталитическим . Метод требует, чтобы два конца трубки (содержащей образец для кристаллизации) поддерживались при разных температурах. Для этой цели используются так называемые двухзонные трубчатые печи. Метод происходит от процесса Ван Аркеля де Бура [4] , который использовался для очистки титана и ванадия и использует йод в качестве транспортного агента.
Реакции переноса классифицируются в соответствии с термодинамикой реакции между твердым телом и транспортирующим агентом. Когда реакция экзотермическая , то представляющее интерес твердое тело переносится 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, таким образом, MoO 2 мигрирует из более холодного конца (700 °C) в более горячий конец (900 °C):
При использовании 10 миллиграммов йода на 4 грамма твердого вещества процесс занимает несколько дней.
В качестве альтернативы, когда реакция твердого тела и транспортного агента является эндотермической, твердое тело переносится из горячей зоны в более холодную. Например:
Образец оксида железа (III) выдерживается при температуре 1000 °C, а продукт выращивается при температуре 750 °C. Транспортным агентом является HCl. Сообщается, что кристаллы гематита наблюдаются в жерлах вулканов из-за химических транспортных реакций, в ходе которых вулканический хлористый водород улетучивает оксиды железа (III). [5]
Похожая реакция, как у MoO 2 , используется в галогенных лампах . Вольфрам испаряется из вольфрамовой нити и преобразуется со следами кислорода и йода в WO 2 I 2 , при высоких температурах вблизи нити соединение разлагается обратно на вольфрам, кислород и йод. [6]