7.7. Приборы для проведения транспортных реакций

Химическими транспортными реакциями называют обратимые гетерогенные реакции, сопровождающиеся переносом исходного твердого вещества из одной температурной зоны в другую в результате образования и разложения газообразных промежуточных соединений.

Например, оксид меди Cu2O при 600 °С взаимодействует с сероводородом, образуя газообразный Cu3Cl3, который переносится с потоком НСl в зону с более высокой температурой, где разлагается с выделением Cu2O, уже освобожденного от многих примесей.

Транспортные химические реакции применяют для очистки веществ, получения монокристаллов металлов и неметаллов, для повышения срока службы ламп накаливания, создания полупроводниковых материалов.

По внешним признакам химические транспортные реакции напоминают процесс сублимации. Принципиальное различие между ними заключается в том, что в транспортных реакциях переносчиком вещества служат не его собственные пары, а пар более летучего промежуточного соединения, легко разлагающегося при иной температуре.

Известны два способа перемещения газовой фазы в транспортных реакциях: поточный и диффузионный (конвекционный).

В поточном способе применяют особо чистое газообразное вещество - газ-носитель X, пропускаемый над порошком 3 очищаемого вещества В с определенной скоростью (рис. 142, а). Образовавшееся в сосуде 2 промежуточное соединение ВХ(Г) при температуре T2 переносится потоком газа X в сосуд 5 с температурой T5 (T2 » T5), где разлагается:

Например, если над порошком германия Ge пропускать водоhодно-иодную газообразную смесь при 600 °С, то образуется GeI2, переносимый потоком водорода в холодную зону с температурой 350 °С, где происходит выделение уже чистого Ge:

с содержанием примесей порядка 10-7 - 10-6.

Следует иметь в виду, что в холодную зону переходят промежуточные соединения, образовавшиеся с эндотермическим эффектом.

Рис. 142. Приборы для проведения транспортных реакций поточным (а) | диффузионным (б) способами: 1 - трубчатая печь; 2, 5 - сосуды; 3 - исходное вещество; 4 - десублимат; 6 - капилляр (ампулы) с веществом-носителем; 7- вакуумный кран; 8- магнитный ударник; 9- соленой

Особенности диффузионного способа можно рассмотреть на примере очистки порошкообразного никеля. В сосуд 2 (рис. 142 а) помещают порошкообразный никель 3, предварительно от соединив левую трубку с краном. Затем в сосуды 2 и 5 через левую трубку впускают монооксид углерода СО и нагревают с помощью трубчатой печи 1 до 50 °С для осуществления реакции

Газообразный тетракарбонил никеля диффундирует в правый более нагретый сосуд 5, где разлагается:

Выделяющиеся кристаллы никеля 4 оседают на стенках ампулы 5, а освободившийся СО диффундирует к ампуле 2, он снова вступает в реакцию с никелем. Постепенно почти весь никель, кроме остатка, обогащенного примесями, может быть перенесен в ампулу 5.

Легколетучие вещества-носители для использования в диФфузионном способе, например бром, предварительно конденсируют в капиллярах или ампулах б (рис. 142, б), которые затем запаивают.

 

К оглавлению