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化学において、化学輸送反応は、不揮発性固体の精製および結晶化のプロセスを指します。[1]このプロセスは、火山 の流出物からの鉱物の成長の特定の側面にも関係しています。この技術は、通常分子状前駆体の分解（例：SiH 4 → Si + 2 H 2）を伴い、コンフォーマルコーティングを与える化学蒸着とは異なります。Harald Schäfer [2]によって普及されたこの技術は、不揮発性元素および化合物の揮発性誘導体への可逆的な変換を伴います。[3]揮発性誘導体は、 密閉されたリアクター（通常は密閉され真空にされたガラス管を管状炉で加熱したもの）全体に移動します。管は温度勾配の下にあるため、揮発性誘導体は親固体に戻り、輸送剤は発生した端とは反対側の端で放出されます（次のセクションを参照）。輸送剤はしたがって触媒となります。この技術では、結晶化されるサンプルが入っているチューブの両端を異なる温度に保つ必要があります。この目的のために、いわゆる2ゾーンチューブ炉が使用されます。この方法は、チタンとバナジウムの精製に使用され、輸送剤としてヨウ素を使用するVan Arkel de Boer法[4]に由来しています。
輸送物質の発熱反応と吸熱反応の例
輸送反応は、固体と輸送剤の間の反応の熱力学に従って分類されます。反応が発熱反応である場合、対象の固体は反応器の低温端（非常に高温になる場合があります）から高温端に輸送され、そこでは平衡定数があまり好ましくなく、結晶が成長します。二酸化モリブデンと輸送剤ヨウ素の反応は発熱反応であるため、MoO 2 は低温端（700 °C）から高温端（900 °C）に移動します。
- MoO 2 + I 2 ⇌ MoO 2 I 2 ΔH rxn < 0 （発熱）
固体 4 グラムに対してヨウ素 10 ミリグラムを使用するため、この処理には数日かかります。
あるいは、固体と輸送剤の反応が吸熱反応である場合、固体は高温領域から低温領域へ輸送されます。例:
酸化鉄(III)のサンプルは1000℃に保たれ、生成物は750℃で成長します。HClは輸送剤です。火山の口では、火山性塩化水素が酸化鉄(III)を揮発させる化学輸送反応により、ヘマタイトの結晶が観察されていると報告されています。 [5]
ハロゲンランプ
MoO 2と同様の反応がハロゲンランプでも利用されている。タングステンはタングステンフィラメントから蒸発し、微量の酸素とヨウ素とともにWO 2 I 2に変換されるが、フィラメント付近の高温で化合物はタングステン、酸素、ヨウ素に戻る。[6]
- WO 2 + I 2 ⇌ WO 2 I 2、ΔH rxn < 0（発熱）
参考文献
- ^ Michael Binnewies、Robert Glaum、Marcus Schmidt、Peer Schmidt 『化学蒸気輸送反応 – 歴史的考察』 Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie 2013、第 639 巻、219 ～ 229 ページ。土井：10.1002/zaac.201300048
- ^ ギュンター・リーネッカー、ヨーゼフ・グボー (1973). 「ハラルド・シェーファー教授」。有機体と化学の研究。395 (2-3): 129-133。土井：10.1002/zaac.19733950202。
- ^ Schäfer, H.「化学輸送反応」Academic Press、ニューヨーク、1963年。
- ^ ファン・アーケル、AE;デ・ブール、JH (1925)。 「チタン、ジルコニウム、ハフニウム、トリウムメタルのダーステルング フォン ライネム」。Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie (ドイツ語)。148 (1): 345–350。土井：10.1002/zaac.19251480133。
- ^ P. クライナート、D. シュミット (1966)。 「Beiträge zum chemischen Transport oxydischer Metallverbindungen. I. Der Transport von α-Fe 2 O 3 über dimeres アイゼン(III)-塩化物」。有機体と化学の研究。348 (3-4): 142-150。土井：10.1002/zaac.19663480305。
- ^ JH デッティングマイヤー、B. マインダース (1968)。 「Zum システム W/O/J. I: das Gleichgewicht WO 2 , f + J 2 , g = WO 2 J 2 ,g」。有機体と化学の研究。357 (1-2): 1-10。土井：10.1002/zaac.19683570101。