Ідентифікація невідомої органічної речовини. 3 страница

Негативний зразок дає 2 червоні смуги на мембрані, одну в тестовій зоні, а іншу – в контрольній зоні.

Позитивний зразок дає тільки 1 червону лінію у контрольній зоні.

23. Шкідлива речовина - це речовина, яка при контакті з організмом людини у випадку порушення вимог безпеки може викликати виробничі травми, професійні захворювання або відхилення у стані здоров'я, які виявляють сучасними методами як у процесі роботи, так і у віддалені терміни життя теперішнього і наступних поколінь.

Токсичними (отруйними) називаються речовини, які, потрапляючи в організм навіть у відносно невеликих кількостях, викликають порушення нормальної життєдіяльності аж до отруєння. Вони можуть бути у вигляді газу, пари, рідини і пилу.

Хімічнонебезпечні й шкідливі виробничі чинники класифікуються за характером дії на організм людини:

- токсичні (свинець, ртуть та ін.);

- подразнювальні (хлор, бензин, гас, кислоти, луги тощо);

- сенсибілізуючі (бензин, гас І т. ін.);

- канцерогенні (продукти неповного згоряння авіаційних палив та ін.);

- мутагенні (свинець, ртуть і т.ін.);

- такі, що впливають на репродуктивну функцію (спирти, креолін тощо);

- за шляхом проникнення в організм людини:

- через органи дихання (хлор, ефір, азот, гелій, окис вуглецю і т. ін.);

- через шлунково-кишковий тракт (свинець, хромовий ангідрид, ціаністі сполуки і т. ін.);

- через шкірні покриви і слизові оболонки (гас, бензин тощо).

За ступенем дії на організм людини шкідливі речовини поділяють на такі класи небезпеки: перший — надзвичайно небезпечні; другий — високонебезпечні; третій — помірнонебезпечні; четвертий - малонебезпечні.

23. Сини́льна кислота́, ціані́дна кислота́ — кислота із хімічною формулою HCN. Безбарвна, прозора, дуже летка рідина. Пара її в звичайному стані безбарвна, має своєрідний п'янкий запах (гіркого мигдалю). Добре змішується з водою. Дуже токсична.

Фізичні властивості синильної кислоти зумовлюють шляхи проникнення отрути до організму. Головний шлях є інгаляційний, тобто у разі застосування синильної кислоти можливі ураження, якщо не застосовувати протигазу. Небезпечними для людини є пара синильної кислоти в концентрації 0,1-0,12 г/м³, яка при експозиції 15-20 хв. спричиняє важке ураження. Смертельними вважаються концентрації:

Ціані́ди (ціанисті метали) — солі синильної кислоти. У практичному відношенні особливо важливі ціаніди лужних металів — калію, натрію, що одержуються різними способами, наприклад прожарюванням суміші коксу і поташу в атмосфері азоту. Найбільше значення має ціанід калію, або ціанистий калій.

Арсен (As) — хімічний елемент з атомним номером 33, простою речовиною якого є напівметал арсен (миш'як). За звичайних умов найстійкіший металічний або сірий арсен — сірі кристали, крихкі. Реагує з киснем. Сплавляється з деякими металами, утворюючи арсеніди. Сполуки арсену дуже отруйні.

При надходженні в організм в надмірних кількостях арсен призводить до мутацій ДНК людини

1. Основні положення теорії будови органічних сполук

Теорія хімічної будови органічних сполук О. М. Бутлерова

Визначною подією у розвитку органічної хімії було створення у 60-х роках XIX ст. великим російським ученим О. М. Бутлеровим теорії хімічної будови органічних сполук. Ця теорія заклала наукові основи органічної хімії та пояснила її найважливіші закономірності. Основні принципи своєї теорії О. М. Бутлеров виклав у доповіді “Про теорію хімічної будови” на Міжнародному з’їзді природодослідників та лікарів у Шпейєрі 19 вересня 1861 р. Надалі вона успішно розвивалася як самим ученим, так і його учнями.

Основні положення теорії будови полягають ось у чому.

1. У молекулах атоми сполучені один з одним у певній послідовності відповідно до їх валентності. Порядок зв’язку атомів називається хімічною будовою.

2. Властивості речовини залежать не лише від того, які атоми і в якій кількості входять до складу її молекули, а й від того, в якому порядку вони сполучені між собою, тобто від хімічної будови молекули.

3. Атоми або групи атомів, що утворили молекулу, взаємно впливають один на одного, від чого залежить реакційна здатність молекули.

Пояснимо ці положення. До О. М. Бутлерова вважалося неможливим пізнати будову молекули, тобто порядок хімічного зв’язку між атомами. Багато вчених навіть заперечували реальність атомів і молекул. О. М. Бутлеров спростував ці погляди. Він виходив з правильних матеріалістичних та філософських уявлень про реальність існування атомів і молекул, про можливість пізнання хімічного зв’язку атомів у молекулі. Він показав, що будову молекули можна встановити експериментально, вивчаючи хімічні перетворення речовини. І навпаки, знаючи будову молекули, можна вивести хімічні властивості сполуки.

Теорія хімічної будови враховує особливості елемента карбону (див. § 15.2). Вивчення будови органічних сполук залишається основним завданням органічної хімії і у наш час. Для цього крім хімічних широко застосовуються фізичні методи дослідження, такі, як спектроскопія, ядерний магнітний резонанс, мас-спектрометрія, визначення електричних моментів диполів, рентгено- та електронографія.

Наявність ізомерів (див. § 15.3) випливає з основних положень теорії будови органічних сполук. Великим успіхом O. М. Бутлерова було передбачення двох ізомерів бутану на основі теорії будови (у вуглеводнях, починаючи з бутану, можливий різний порядок сполучення атомів у молекулах). У 1867 р. О. М. Бутлеров синтезував передбачений ізомер, що блискуче підтверджувало правильність теорії будови. Це був ізобутан, який від нормального бутану відрізняється будовою молекули, хоча обидва мають емпіричну формулу С4Н10:1

Отже, теорія хімічної будови пояснює різноманітність органічних сполук. Вона зумовлена здатністю чотиривалентного вуглецю утворювати вуглецеві ланцюги та кільця, сполучатися з атомами інших елементів, а також наявністю ізомерії.

В теорії хімічної будови велика увага приділяється Взаємному впливу атомів та груп атомів у молекулі. Він спостерігається у молекулі будь-якої речовини (органічної чи неорганічної). Пояснимо це на прикладі таких сполук: NaOH, Аl(OН)3, С2Н5ОН, NO2—ОН (нітратна кислота), SO2(OH)2 (сульфатна кислота). Всі вони містять гідроксильну групу (гідроксо- або оксигрупу) ОН. А втім, у водному розчині властивості речовин послідовно змінюються: NaOH — сильна основа,

Аl(OН)3 — амфотерний гідроксид, C2H5OH — практично нейтральна речовина, нітратна і сульфатна кислоти утворюють іони Н+. Причина різного хімічного характеру групи ОН зу мовлена впливом сполучених з нею атомів і груп. Зі зростанням неметапічних властивостей центрального атома послаблюється дисоціація за типом основи і зростає дисоціація за типом кислоти (в ряду Na, Аl, С2Н5, NO2, SO2) (див. також § 17.4).

Взаємно впливати один на одного можуть і атоми, безпосередньо не зв’язані між собою. Наприклад, різна реакційна здатність хлору в хлоретані СН3—СН2Сl і хлоретилені СН2=СН—Сl зумовлена різним впливом на атом хлору етильної (СН3—СН2—) та вінільної (СН2=СН—) груп. У молекулі хлоретану хлор досить реакційноздатний, у молекулі хлоретилену — інертний.

Велика заслуга у встановленні закономірностей взаємного впливу атомів у молекулі належить учню О. М. Бутлерова В. В. Марковникову.

Із сучасного погляду основні положення теорії будови потребують деякого доповнення — вказівок щодо просторової та електронної будови. Тоді у пункті 2 основних положень теорії будови слід підкреслити, що властивості органічних сполук визначаються складом їх молекул, а також їх хімічною, просторовою та електронною будовою.

Теорія хімічної будови О. М. Бутлерова є найважливішою частиною теоретичного фундаменту органічної хімії. За значенням її можна порівняти з періодичною системою елементів Д. І. Менделєєва. Подібно до останньої, вона дала змогу систематизувати величезний практичний матеріал, заздалегідь передбачити існування нових речовин, а також вказати шляхи їх добування. Це забезпечило небачені успіхи органічного синтезу. І у наш час теорія хімічної будови є керівною основою всіх досліджень з органічної хімії.

Сполуки, що мають прямий вуглецевий ланцюг, прийнято називати нормальними, а ті, що мають розгалужений ланцюг, — ізосполуками. У прикладі: перший бутан — нормальної будови (н-бутан), другий бутан — ізобудови (ізобутан).

2. Класифікація процесів розділення і очистки

В основах всіх методів глибокої очистки матеріалів використовується відмінність в хімічних, фізичних та фізико-хімічних властивостях, що підлягають розділенню. Звідси слідує, що чим більша відмінність властивостей компонентів, тим легше їх розділити і навпаки. Тому і класифікація методів базується на поділі по властивостям речовин, що використовуються для розділення компонентів і має слідуючий вигляд:

1. Процеси, що базуються на сорбції.

2. Процеси, що базуються на екстракції.

3. Кристалізаційні процеси.

4. Перегонка через газову фазу.

5. Очищення речовин за допомогою хімічних транспортних реакцій.

6. Інші процеси розділення і очищення речовин.

Вибір найбільш ефективного методу (або комбінації методів) для очистки кожного індивідуального матеріалу проводять, виходячи з конкретних фізико-хімічних властивостей цього матеріала і його сполук. Так, якщо матеріал, що очищається (кремній) при прийнятних температурах очищення має недостатньо високий тиск пари, щоб можна було ефективно здійснити дистиляційний процес, то в цьому випадку матеріал переводять в його легколетючі з'єднання (наприклад, SiCl) які після здійснення дистиляційного очищення відновлюють назад до початкового матеріалу (кремнію).

У загальному випадку очищення напівпровідникових і діелектричних матеріалів і їх компонентів зазвичай ведуть в дві стадії. На першій стадії компоненти цих матеріалів переводять в проміжні хімічні сполуки і проводять їх очищення, використовуючи практично всі процеси, представлені в класифікації. На другій стадії проводять відновлення компонентів з проміжних з'єднань з подальшим їх очищенням. Застосовують способи, засновані на тих же процесах, ефективність яких в окремих випадках різко зростає при роботі з чистішими компонентами. Спосіб вибирається виходячи з фізико-хімічних властивостей компоненту, якості отримуваного матеріалу і продуктивності процесу. Часто, особливо при розділенні і очищенні компонентів з близькими фізико-хімічними властивостями (наприклад, рідкоземельні метали), використання одного з методів як на першій так і на другій стадіях виявляється недостатнім і процес розділення і очищення проводять на основі поєднання різних методів.

2.1 Сорбційні процеси

Під сорбцією в загальному випадку розуміють процеси поверхневого (адсорбція) і об'ємного (абсорбція) поглинання речовини на межі розділу двох фаз: твердої і рідкої, твердої і газоподібної, рідкої і газоподібної.

Адсорбційна система складається з адсорбента-речовини, на поверхню якої йде поглинання і адсорбата-речовини, молекули якої поглинаються. Зворотній процес-видалення молекул з поверхні адсорбента - називається десорбцією. За природою процесів адсорбцію ділять на фізичну і хімічну.

При фізичній адсорбції молекули адсорбата не вступають в хімічну взаємодію з адсорбентом і, таким чином, зберігають свою індивідуальність на поверхні поглинача; адсорбція в цьому випадку обумовлена дією сил Ван-дер-Вальса. При хімічній адсорбції (хемосорбції) адсорбовані молекули вступають в хімічну реакцію з адсорбентом з утворенням на поверхні хімічних сполук.

Адсорбція являється вибірковим процесом, тобто на поверхні адсорбента поглинаються тільки ті речовини, які зменшують вільну енергію поверхневого шару або іншими словами, знижують поверхневий натяг відносно навколишнього середовища.

Кількісні характеристики адсорбційної системи:

1) ізотерма адсорбції (мал.1.) – виражає зв'язок між концентрацією речовини (С) в розчині і її кількістю (С), поглинутою одиницею поверхні адсорбента при постійній температурі в умовах рівноваги.

2) Теплота адсорбції – фізична адсорбція простих молекул – 4-20 МДж/кмоль і складних молекул – 40-80 МДж/кмоль при хімічній адсорбції 40-400 МДж/кмоль.

Підвищення концентрації речовини в розчині приводить до збільшення кількості його в адсорбованому стані. На початковій ділянці ізотерми (ділянка 1) цей зв'язок прямо пропорційний але при подальшому збільшенні концентрації речовини в зовнішній фазі залежність стає пологішою (ділянка 2) і при великих концентраціях ізотерма прагне до асимптоти С(ділянка3). Характер ізотерми обумовлений поступовим насиченням поверхні адсорбенту речовиною, що поглинається.

До найбільш поширених на практиці типів сорбентів можна віднести силікагелі, активоване вугілля, а також різні види сильно пористих або високодисперсних алюміносилікатів.

Силікагель – висушений гель кремнієвої кислоти, має глобулярну структуру, сформовану зі сферичних часток, що дотикаються і зрослися. Добре поглинає полярні речовини і відомий в першу чергу як хороший осушувач, добре сорбує пари органічних речовин, сірководень, аміак, сірнистий газ. Спостерігається ефективна адсорбція полярних домішок із неполярних розчинів. Наприклад, очистка неполярних SiCl i GeCl від мікро домішок хлоридів металів.

Активоване вугілля має кристалічну будову і складається із кристалічних агрегатів, які формують розвинуту систему пор. Особливо активними центрами являються ребра і кути кристалітів. Застосовується активоване вугілля на кінцевій стадії очистки від домішок.

Сутність іонного обміну. Іонний обмін являє собою зворотній взаємо обмін іонами з однойменними зарядами між рідким розчином і твердою нерозчинною речовиною, що контактує з цим розчином. Тверда речовина називається іоніт або іонообмінник. Основна відмінність іонного обміну від простої адсорбції полягає в тому, що при іонному обміні проходить стехіометричне заміщення: в обмін на кожний еквівалент одного іона, поглинутого з розчину, іоніт віддає в розчин один еквівалент іншого іона з зарядом того ж знаку. Використовуючи іоніти, можна повністю відділяти іони певного типу із розчинів. Наприклад, типова реакція катіонного обміну з виділенням іонів кальцію із розчину має вигляд:

2 NaX + CaClCaX + 2NaCl

(тверді фази підкреслено; Х – фіксована група іоніта). Пропускання розчину через шар твердого іоніта NaX буде супроводжуватися поглинанням із розчину іонів Ca в обмін на іони Na, що переходять в розчин.

Хроматографія – це метод розділення, при якому компоненти, що розділяються, розподіляються між двома фазами – нерухомим шаром твердого поглинача з сильно розвинутою поверхнею і потоком рідкого розчину або газової суміші, що фільтруються при проходженні через нерухомий шар.

2.2 Процеси рідинної екстракції

Екстракція в загальному випадку процес вибіркового видобування речовини в рідку фазу. Екстракцію газа рідиною називають абсорбція, твердих речовин рідкими – вилуджування, екстракція розчиненої речовини із одної рідкої фази в іншу – рідинна екстракція або просто екстракція.

Часто використовують воду, як речовину, з якої проводять екстракцію розчиненої речовини. Рідина (екстрагент), з допомогою якої проводять екстрагування, в більшості випадків органічного походження.

Деколи до складу водного розчинника, із якого екстрагують розчинену речовину, вводять висолювач – речовину, що має однойменний іон з екстрагованою сполукою і тому зменшує її розчинність, що тим самим приводить до підвищення степені видобування її з водного розчину.

Для розділення суміші рідин А і С складу F до них додають розчинник (екстрагент), що змішується з сумішшю не повністю і здатний вибірково розчиняти один з компонентів, в нашому випадку С. Фігуративна точка, фігуративна точка, що відповідає складу суміші трьох компонент, переміщується по прямій FВ. В приведеному прикладі склад потрійної системи відповідає точці М. Склад гетерогенної фази, що утворилася в результаті розшарування потрійної системи, визначається положенням коноди PQ, яка проведена через точку М. Фаза Q має високий вміст розчинника і називається фазою екстракта (або фазою розчинника). Фаза Р з малою концентрацією розчинника називається фазою рафіната (залишка).

Після розділення фаз Q і Р і виділення з них розчинника (дистиляцією або промивкою), одержують відповідно фази складів Е і R. В порівнянні з вихідною сумішшю F суміш Е має більш високий, а суміш R – більш низький вміст компонента С.

Лімітує процес екстракції, як правило, дифузія екстрагованої речовини при змішуванні суміші і екстрагента, тому процес рідинної екстракції проводиться при інтенсивному перемішуванні.

Рідинна екстракція має широке застосування в технології напівпровідників і діелектриків. З її допомогою можна, наприклад, суміші двох речовин розділити з концентруванням кожної з них в різних розчинниках і таке інше.

2.3 Кристалізаційні процеси

Кристалізацією називається перехід речовини з рідкого в твердий кристалічний стан. Кристалізаційні методи очистки базуються на різній розчинності домішок в рідкій і твердій фазах.

В наш час кристалізація із розплавів широко застосовується для очистки напівпровідникових і діелектричних матеріалів. Цей метод, як правило, використовується на кінцевій стадії технологічного процесу очистки речовини. При цьому разом з високою степінню очистки матеріалу від домішок досягається і необхідна досконалість кристалічної структури (фізична чистота), тобто матеріал отримують в вигляді високочистого монокристала.

Для забезпечення максимального очищення кристалізація повинна починатися в строго заданих місцях і відбуватися в визначених напрямках. Така кристалізація називається направленою.

Локалізацію місця і напряму кристалізації на практиці здійснюють завданням градієнта зовнішнього параметра, що викликає кристалізацію. Найчастіше як такий параметр виступає температура, тобто задається градієнт температури що забезпечує направлене відведення теплоти і направлене просування фронту кристалізації. Досить широка по конструктивному оформленню група методів напрямленої кристалізації може бути зведена до трьох основних:

а) витягування кристалів з розплаву (метод Чохральського);

б) нормальної напрямленої кристалізації (метод Бріджмена);

в) зонної перекристалізації або плавки (вперше запропонований Пфанном).

У методі витягування кристалів з розплаву в розплав опускається затравка у вигляді невеликого монокристала, яку потім в більшості різновидів методу безперервно переміщають вгору. Приманка захоплює за собою рідкий стовпчик розплаву, який, потрапляючи в зону нижчої температури безперервно кристалізується.

У методі нормальної направленої кристалізації речовину розплавляють в тиглі заданої форми, який потім повільно охолоджують з одного кінця, здійснюючи звідси направлену кристалізацію.

При зонній плавці в злитку речовини розплавляють лише невелику зону, яку переміщають уздовж зразка У міру її направленого просування попереду зони відбувається плавлення речовини, а позаду його кристалізація.

2.4 Процеси перегонки через газову фазу

Процеси перегонки через газову фазу лежать в основі очищення простих речовин (елементів) і хімічних сполук, що володіють високою пружністю пари, наприклад, фосфору, сюрми, сірки, магнію, кальцію, цинку, рідких хлоридів елементів (наприклад, GeCl, TiCl, SiCl) проміжних продуктів у виробництві напівпровідникових і діелектричних матеріалів у формі летких з'єднань (нижчих галогенідів) і так далі.

Розділення і очищення речовин сублімацією і дистиляцією. Сублімація (сублімація) є процесом безпосереднього переходу речовини з твердого стану в газоподібний. Сублімація як метод розділення і очищення можлива для тих речовин, які, будучи нагріті до температури нижче за точку плавлення характеризуються досить високим тиском пари. За наявності в речовині набору домішок більш леткі в порівнянні з основною речовиною домішки можуть бути відігнані при низькій температурі, а домішки менш леткі зосереджені в залишку після сублімації основного компоненту.

Приведені співвідношення є лінійними функціями щодо молярних доль, і їм відповідають прямі лінії на діаграмі, що виражає залежність спільного і парціального тиску пари від складу при постійній температурі. Останнє рівняння відображає закон Рауля сформульований для ідеальних систем: відносне пониження тиску насиченої пари розчинника А чисельно дорівнює молярній долі розчиненої в ньому речовини В, і навпаки.

Ідеальні розчини в практиці спостерігаються відносно рідко, і їх створення не супроводиться тепловим ефектом або зміною об'єму. Для реальних розчинів спостерігається відхилення від лінійної залежності між тиском пари розчину і його складом

Розрізняють розчини з позитивними і негативними відхиленнями від закону Рауля. При позитивних відхиленнях тиск пари обох компонентів над розчинами і їх сума насправді більше, ніж це витікає із закону Рауля. Такі розчини, як правило утворюються з поглинанням теплоти і збільшенням об'єму, що термодинамічно і обумовлює таке відхилення. При негативних відхиленнях від закону Рауля дійсний тиск пари менше обчислених за законом Рауля і утворення таких розчинів, як правило супроводжується виділенням теплоти і зменшенням об'єму.

Розглянемо залежність між складом пари над розчином і складом самого розчину. У загальному випадку відносний вміст компонентів розчину в парах відрізнятиметься від їх відносного вмісту в розчині. Лише у ідеальній системі компоненти якої володіють однаковим тиском пари в чистому стані, співвідношення компонентів в парі над розчином і в розчині рівні. У всіх інших ідеальних системах в газовій фазі в порівнянні з розчином завжди переважає той з компонентів, який має більший тиск пари в чистому вигляді. На мал.6. пунктиром показано сімейство типових кривих, що виражають залежність складу пари від складу розчину при постійній температурі в різних ідеальних системах в тому випадку, якщо більш летким є компонент В. Лінійна залежність (діагональ квадрата) відповідає випадку коли склади пари і розчину рівні між собою. Відхилення від лінійної залежності тим більше, чим більше різниця в тиску пари компонентів розчину в чистому стані.

Складність закону Рауля, залежність складу пари від складу розчину виражається складнішими кривими. Деякі типові з них показані на мал. суцільними лініями. Позитивні відхилення від закону Рауля обумовлюють утворення угнутості у верхній частині кривих, а негативні — у нижній частині. При значних відхиленнях в системі від закону Рауля відхилення кривих від ідеальних можуть бути настільки великі що нерідко спостерігаються перетини кривих з діагоналлю квадрата.

Другий закон Коновалова. Точки максимума або мінімума на діаграмах стану склад – тиск пари і склад – температура кипіння відповідають розчинам, склад яких одинаків з складом рівноважної їм пари.

Розчини, що відповідають цим точкам, називаються азеотропними. Системи з азеотропами в результаті дистиляції розділяються на один із двох чистих компонентів і відповідний азеотроп. Азеотроп не розкладається на компоненти при випаровуванні і тому для цього використовують екстракцію, кристалізацію або інші методи.

Системи, що описуються різними типами фазових діаграм, неоднаково поводяться при дистиляції.

Розглянемо спочатку просту систему, що відноситься до першого з трьох типів. Буквою В позначатимемо компонент, що має нижчу температуру кипіння.

Перший закон Коновалова. Якщо нагріти розчин складу мал. до температури кипіння, то пара, рівноважна з цим розчином, має склад, що збагачений компонентом В.

Після випаровування певної кількості розчину залишок збагачується компонентом А і має склад, наприклад. Розчин цього складу закипить, якщо температура його підніметься до. Пара, що знаходиться в рівновазі з цим розчином, має склад, що теж збагачений компонентом В в порівнянні з цим розчином. По мірі випаровування залишок розчину збагачується компонентом А, і температура кипіння відповідно підвищується. Врешті-решт в результаті випаровування в залишку міститиметься практично чистий компонент А і температура кипіння досягне.

Якщо пару, що виділилася при складу, сконденсувати і одержаний конденсат знову піддати дистиляції, то він буде кипіти при температурі і пара буде мати склад, тобто ще збагатиться компонентою В.

Повторюючи такий процес конденсації і дистиляції, можна врешті-решт досягти того, що пара, що виділяється, буде практично чистим компонентом В. Таким чином, проведений розгляд показує що в системах цього типу будь-яку подвійну суміш можна розділити шляхом дистиляції на чисті компоненти.

У системах же другого або третього типів розділення розчинів на чисті компоненти таким шляхом неможливе. Дійсно, провівши аналогічний розгляд процесу дистиляції системи що належить до другого або третього типу, можна показати, що ці системи розділяються на один з чотирьох чистих компонентів і відповідний азеотроп.

Азеотропні розчини зустрічаються в багатьох практично важливих системах: хлористий водень - вода, азотна кислота - вода, етиловий спирт - вода сірковуглець - ацетон і ін.

Для кількісної характеристики процесів розділення при дистиляції користуються коефіцієнтом розподілу

2.5 Очищення речовин за допомогою хімічних транспортних реакцій

Хімічними транспортними реакціями (реакціями переносу) називають оборотні гетерогенні реакції за участю газової фази, що приводять до утворення проміжних газоподібних продуктів, за допомогою яких можна здійснити транспорт (перенесення) речовини між двома реакційними зонами з різним тиском і температурами. Зазвичай для здійснення транспортних реакції використовують системи з різницею температур.

У ряді випадків вживання методів сублімації і дистиляції з метою глибокого розділення або очищення напівпровідникових і діелектричних матеріалів виявляється неефективним унаслідок недостатньої пружності їх пари при прийнятних технологічних температурах. Ефективність процесів в цьому випадку можна істотно підвищити, переводячи основну речовину в хімічну сполуку, більш летку, ніж домішки або інші компоненти. Це дає можливість при подальшому розкладанні легколетучого з'єднання отримати очищений продукт, причому зазвичай значно чистіший чим після сублімації або дистиляції, якщо їх і можна здійснити. Як приклад розглянемо перенесення кремнію у вигляді дигалогеніда.

Обробка кремнію тетрахлоридом при температурі =1300 °С приводить до утворення проміжного газоподібного з'єднання, тобто,яке переноситься в холодний кінець реактора, де при температурі =1100°с виділяється кремній по реакції

Приведені реакції є оборотними і можуть бути записані як,

Таким чином, окрім тієї речовини, що піддається очищенню в транспортній реакції обов'язково бере участь спеціальний реагент (у наведеному прикладі тетрахлорид кремнію), а інколи інертний газ, потоком якого переносять реагент і проміжний газоподібний продукт.

Крім того, якщо при звичайній дистиляції (або сублімації) речовина завжди переноситься з гарячішої в холоднішу зону, то шляхом хімічних транспортних реакцій перенесення може здійснюватися також і з низькотемпературної зони у високотемпературну.

Оскільки процес перенесення речовини, що очищається, складається з трьох послідовних етапів: гетерогенної реакції газоподібного реагенту з речовиною джерела, переміщення газоподібних з'єднань від джерела до зони осадження і гетерогенної реакції, в результаті якої виділяється переносима речовина — швидкість масопереносу може бути обмежена будь-яким з них. У більшості практичних випадків швидкість масопереносу газотранспортними реакціями лімітується процесами переміщення газу між зонами реакцій.

2.6 Інші процеси розділення і очищення речовин

Окрім основних процесів розділення і очищення напівпровідникових і діелектричних матеріалів і їх компонентів, що розглянули вище, перспективними стосовно завдання глибокого очищення речовин є і інші процеси розділення засновані на відмінності певних фізико-хімічних властивостей речовин, що розділяються: електрохімічні процеси розділення в силових полях — відцентровому, електричному, магнітному, розділення дифузією, термодифузією і ін.

Розглянемо коротко деякі з цих процесів. Електрохімічні процеси розділення і очищення. Із всього різноманіття цих методів основними для очищення напівпровідників, діелектриків і їх компонентів є очищення електролізом, анодним розчиненням і електродіалізом.

Електрохімічні методи очистки здійснюються шляхом проведення окисно-відновних процесів на електродах в електроліті при проходженні через останній струму. Вихідний матеріал завантажують в вигляді анода, який в процесі електролізу розчиняється і очищений матеріал збирається на катоді. На поверхні анода протікає реакція окислення з переходом іона речовини в розчин і електрона е по зовнішній ділянці кола на катод; на катоді йде реакція відновлення, в результаті якої проходить виділення речовини А на катоді.

Описані процеси дозволяють добитися глибокого ступеня очищення речовин, проте для успішного протікання процесу необхідно звести до мінімуму можливі побічні процеси, особливо зв'язані за участю домішок. Необхідно щоб при електролізі осадження домішок з основним компонентом на катоді було зведене до мінімуму. При цьому домішки або накопичуватимуться в електроліті, або безперервно видалятимуться з нього. Чистота катодного осаду залежить від багатьох чинників головними з яких є рівноважні електродні потенціали основного компоненту і домішок, хімічний склад електроліту, щільність струму, що протікає через нього, форма входження домішки в речовину, що очищається (твердий розчин, утворення хімічних сполук з основним компонентом утворення механічної суміші з основним компонентом), структура катодного осаду (амфорна, полікристалічна, монокристалічна), кінетика електрохімічної реакції.

Дата добавления: 2015-05-24