ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Классификация веществ высокой чистоты из "Глубокая очистка веществ" До настоящего времени не существует единой международной классификации химических веществ по степени их чистоты. Это объясняется разнообразными специфическими требованиями, предъявляемыми к высокочистым веществам и материалам различными отраслями науки и техники. [c.6] Чтобы подчеркнуть различие химических веществ по их чистоте, наиболее чистые вещества, применяющиеся при химическом анализе, а также для научных исследований, уже в начале текущего столетия были объединены под общим названием реактивы, которое часто используется и в настоящее время. В Советском Союзе эти вещества делятся на четыре категории чистые (ч), чистые для анализа (ч. д. а.), химически чистые (х. ч.) и особо чистые (ос. ч.). Перечень нежелательных примесей и их предельное содержание лимитируются техническими условиями. Поэтому содержание примесей в двух различных реактивах одной и той же категории, например чистый , может быть различным и определяется в основном трудностью освобождения реактива от той или иной примеси, а также пределом обнаружения используемого метода анализа. Отсюда ясно, что приведенная классификация реактивов является весьма условной. То же самое можно сказать и о таких бытующих в практике определениях степени чистоты вещества, как спектрально чистое , хроматографически чистое , криоскопически чистое , люминесцентной чистоты и т. д. [c.6] Содержание примесей или основного компонента в веществе выражается в массовых (мае. %), атомных (ат. %) процентах или в молярных долях. Иногда концентрацию примесей выражают в частях на миллион (ррм), в частях на миллиард (ррв или ррМ). Однако, к сожалению, при такой маркировке часто не указывается, какие части (атомы или их масса) имеются в виду. [c.6] Указанной системой маркировки предлагалось пользоваться, в первую очередь, при характеристике степени чистоты полупроводниковых веществ. Подобная классификация появилась и в других странах. В частности, в ФРГ содержание примесей в веществах особой чистоты указывается в виде индекса чистоты —п, где индекс R (Reinheitsgrad) обозначает степень чистоты, п = —lg +2, с — суммарная концентрация примесей (в мае. %). Таким образом, например, индекс чистоты R — 4 означает, что препарат содержит 99,99 мае. % основного вещества. [c.7] Для особо чистых веществ, в которых контролируются только примеси органических веществ, марка обозначается буквами оп (органические примеси) с числом (через тире), которое соответствует отрицательному десятичному логарифму суммарного процентного содержания определяемых примесей органических веществ, и индексом ос. ч . Так, марка вещества, в котором суммарное содержание примесей органических веществ составляет 2-10 %, обозначается оп —3 ос. ч . Если же в веществе контролируются примеси неорганических и органических веществ, то при установлении его чистоты необходимо учитывать содержание и тех, и других примесей. Например, марка особо чистого вещества, в котором суммарное содержание определяемых примесей органических веществ равно 4-10 , а суммарное содержание восьми лимитируемых примесей неорганических веществ равно б-Ю- % (или округленно 10 %), обозначается оп — 3 ос. ч 8—4 . [c.8] Природа не приготовила для людей ни простых, ни сложных веществ в особо чистом состоянии. Хотя ряд веществ, таких, как алмаз, кварц, самородное золото и т. д., и встречается в природе на первый взгляд в чистом виде, но и эти вещества содержат разнообразные примеси — одних больше, других меньше. Если мы, например, имеем дело с серой самородной, то уже визуально заметно, что она загрязнена примесями в ней кроме атомов серы, составляющих основную массу вещества, находятся атомы селена, мышьяка, железа, углерода и других элементов. Любое простое или сложное вещество —это смесь многих веществ, и задача получения индивидуального вещества состоит в выделении из этой смеси основного вещества. При получении того или иного вещества с помощью химической реакции примеси, содержащиеся в реагентах, частично переходят в продукты реакции. Кроме того, при этом всегда образуются побочные соединения, загрязняющие получаемое вещество. Таким образом, получение простых и сложных веществ в высокочистом состоянии заключается в глубокой их очистке и освобождении от примесей. Отличие от обычного разделения здесь состоит в том, что при получении вещества высокой чистоты глубина разделения должна быть значительно большей, а материал стенок аппаратуры не должен в сколько-нибудь заметной степени загрязнять очищаемое вещество. [c.9] Методы, применяемые для глубокой очистки веществ, разнообразны. Выбор метода определяется свойствами очищаемого вещества и природой отделяемых примесей.. Хотя теоретически можно оценить возможности методов, тем не менее в большинстве случаев приходится проводить специальные исследования, дающие возможность выбрать оптимальный метод или найти метод, позволяющий достигнуть требуемой степени чистоты. [c.9] Характерной особенностью применяемых в настоящее время методов глубокой очистки является то, что все они основаны на использовании различия в химических или физико-химических свойствах разделяемых веществ, т. е. в свойствах, обусловленных главным образом строением электронных оболочек атомов или молекул разделяемых веществ. Методы, в основе которых лежит различие в физических свойствах разделяемых веществ, например разделение в центрифугах, электромагнитная сепарация, широко используемые для разделения изотопов, для глубокой очистки веществ применения пока не находят. [c.10] Таким образом, все используемые в настоящее время методы глубокой очистки веществ по своей сути можно объединить в две группы химические и физико-химические. Для достижения требуемой степени чистоты конкретного вещества часто приходится прибегать к различным сочетаниям этих методов. [c.10] Химические методы разделения смесей веществ основаны на различии в константах равновесия или константах скоростей реакций с участием основного вещества и примесей. Это наиболее древние методы очистки веществ. Например, получение того или иного металла — это не что иное, как процесс отделения атомов этого металла от сопутствующих им атомов других элементов, выделение атомов данного металла из природных смесей, более или менее богатых этим металлом. На химических методах разделения смесей основаны классические методы химического анализа. Эти методы в большинстве своем включают стадию отделения примесей от основного вещества путем перевода их в нерастворимые соединения с последующим отделением осадка или стадию отмывки примесей реактивом, в котором основное вещество не растворяется. [c.11] В связи с проблемой получения веществ особой чистоты химические методы стали применяться и для глубокой очистки веществ. Например, обработка кремния минеральными кислотами позволяет перевести значительную часть содержащихся в поверхностном слое кремния соединений металлов в растворимые соли, которые затем можно отмыть. Таким образом можно достичь значительного снижения содержания металлов в кремнии. При этом, разумеется, используемые реагенты сами должны иметь высокую степень чистоты во избежание возможного загрязнения очищаемого вещества. [c.11] Эти соединения выпадают в осадок и могут быть отфильтрованы. Данным методом удается понизить содержание железа в указанных солях до 10 %, меди — до 10 % и т. д. [c.12] Другими весьма эффективными химическими методами глубокой очистки веществ являются методы избирательного окисления или восстановления по отношению к очищаемому веществу или примесям. В качестве окислителя используется кислород, галогены, в особенности хлор (метод избирательного хлорирования). При использовании кислорода обычно стремятся с его помощью химически связать и удалить примеси, находящиеся в очищаемом веществе. Но иногда лучшая очистка достигается переводом в оксид основного элемента с последующим его восстановлением. [c.12] При использовании же в качестве окислителя галогена почти всегда преследуется цель перевода в галогенид основного элемента. Полученный галогенид подвергается восстановлению водородом или термораспаду. В результате протекания соответствующих химических реакций происходит значительное снижение содержания примесей в очищаемом веществе. Для увеличения степени чистоты получаемого материала промежуточное соединение — галогенид и выделяемый из него элемент подвергают дополнительной очистке. [c.12] Ряд элементов может быть подвергнут глубокой очистке по следующей схеме перевод в гидрид — очистка гидрида — термическое разложение гидрида на элемент и водород. Применимость этой схемы в основном определяется тем, обладает ли нужными свойствами гидрид данного элемента. Поэтому такой метод очистки следует назвать гибридным методом получения элементов особой чистоты. [c.13] В последнее время все большее значение приобретает метод получения высокочистых металлов, диэлектрических и полупроводниковых материалов через металлоорганические соединения (МОС). Этот метод по своей структуре адекватен гидридному, поскольку он осуществляется по аналогичной схеме синтез МОС —очистка МОС — термораспад МОС. [c.14] Из других химических методов глубокой очистки веществ особого внимания заслуживает метод химических транспортных реакций. Этот метод более подробно будет рассмотрен ниже. [c.15] Как видно из выражений (Ма) и (1.16), очищаемое вещество А будет связываться с веществом С, а образующееся соединение С будет заключать в себе исходную примесь А. Поэтому в дальнейшем под содержанием примеси в продуктах подразумевается молярная доля вещества С в продуктах реакций (1.1а) и (1.16). [c.16] Из уравнения (1.5) видно, что коэффициент разделения прямо пропорционален отношению констант равновесия реакций с участием примеси и с участием основного вещества. [c.17] Как следует из приведенных результатов расчетов, гидридный метод очистки теллура от селена должен быть весьма эффективным. [c.18] Вернуться к основной статье