Reacción de transporte químico
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 a partir del efluente de los volcanes . La técnica es distinta de la deposición química en fase de vapor , que generalmente implica la descomposición de precursores moleculares (por ejemplo, SiH 4 → Si + 2 H 2 ) y que da lugar a recubrimientos conformados. La técnica, que fue popularizada por Harald Schäfer , [2] implica la conversión reversible de elementos no volátiles y compuestos químicos en derivados volátiles. [3] El derivado volátil migra a lo largo de un reactor sellado, normalmente un tubo de vidrio sellado y evacuado calentado en un horno de tubo . 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 (véase la siguiente sección). El agente de transporte es, por tanto, catalítico . La técnica requiere que los dos extremos del tubo (que contiene la muestra a cristalizar) se mantengan a diferentes temperaturas. Para ello se utilizan los llamados hornos tubulares de dos zonas. El método deriva del proceso Van Arkel de Boer [4] , que se utilizaba 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 transportador. Cuando la reacción es exotérmica , entonces el sólido de interés se transporta desde el extremo más frío (que puede estar bastante caliente) del reactor hasta 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 desde el extremo más frío (700 °C) hasta el extremo más caliente (900 °C):
- MoO 2 + I 2 ⇌ MoO 2 I 2 ΔH rxn < 0 (exotérmico)
Utilizando 10 miligramos de yodo por cada 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 desde 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 cultiva a 750 °C. El HCl es el agente de transporte. Se ha informado de que 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
Una reacción similar a la del MoO 2 se utiliza en las lámparas halógenas . El tungsteno se evapora del filamento de tungsteno y se convierte con trazas de oxígeno y yodo en WO 2 I 2 . A las altas temperaturas cerca del filamento, el compuesto se descompone nuevamente 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 Titanio, Zirconio, Hafnio y Toriometal". 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.
