[科普中国]-化学转移反应

化学转移反应又叫化学迁移反应是一种固体或液体物体A在一定温度下与一种气体物体B反应，先形成气相产物，该气相产物在体系的不同温度部分又发生逆反应，结果重新得到A的反应。

基本原理化学迁移反应（CTR）：早在十九世纪中叶,Bunsen在叙述火山喷气中含HCl时，提到过Fe2O3能随发生迁移。这一迁移基于如下的一个可逆反应：

Fe2O3（固）+HCl（气）⇌2FeCl3（气）+3H2O（气）

Fe2O3在高温下被HCl所氯化生成了挥发性的FeCl3，而当温度降低时生成的FeCl3又可重新变成Fe2O3，这样，Fe2O3就发生了一个从原固相混合物所在的“区域”（源区）到新的“ 区域” （淀积区或还原区）的迁移过程。在这一过程中，迁移的物质对象是Fe2O3称之为源物质，而仅起一种介质作用的HCl，则被称作输运剂。

我们把上述的整个化学反应过程,，称作化学迁移反应。

所谓化学迁移反应是这样一种化学迁移过程, 在这一过程中, 借助于适当的输运剂与源物质反应, 形成一种气态化合物该气态化合物经过化学迁移或物理载送, 被迁移到与源区温度不同的淀积区, 再发生逆向反应, 使源物质重新淀积出来。1

区别化学还移反应类似于升华或蒸馏，但与之不同的是在CTR中，对于给定的温度，源物质并不一定具有可观的蒸汽压，源物质发生的是“化学上的迁移”， 即通过多相化学反应而发生的迁移。

鉴于上述，化学迁移反应可表述为下述两大步骤：

源物质的气化→迁移→源物质的淀积或再生

可见，源物质的气化和再生，是一个可逆反应的两端。通过对可逆反应的热力学分祝控制一定的温度、压力条件，即可促使上述过程得以完成。因此，完成化学迁移反应的总过程，就需要实现气态化合物从源区到淀积区的迁移。

实现方法实现气态化合物的迁移通常有三种方法：

（1）开管系统中依靠输运剂的流动来完成。

（2）闭管系统中依靠气体的扩散运动

（3）侣因温差引起的热对流来完成。

理想模型如右图所示为固体物质A发生转移反应的理想装置，在原料放置区（即图中T1段），A和B尽可能生成C并向沉淀区移动，在沉淀区（T2）段，C尽可能分解沉积出A。

实际应用及研究化学迁移反应的早期研究和应用，是从贵金属的提取和纯化开始的。后来，随着半导体工业的发展，以化学迁移反应为基础发展起来的化学气相沉积（CVD）方法，获得了广泛的实际应用。由于气相沉积过程可以在气相中进行也可以在一种作为基底的材料在表面上进行，因而在制备表面复合材料和表面涂层以及制造超细、超纯金属粉末方瓦化学迁移反应将发挥更为独特的作用，从而进一步拓广CTR的工程应用领域。

有色金属再生近年研究处理废料再生钨的方法有电解法，锌熔法、高温氧化法，化学溶解法及氯化法等。其中氯化法所用设备简单，对原料适应性广， 因此，被认为是较有前途的方法之一。

钨条垂熔时夹头两端的切块（纯度>99%以上）在950℃时在氯化管内用氯气进行氯化，氯化物经氩气输送到还原管内用氢气还原。工业瓶装氯气通过浓硫酸脱水后与氩气混合。氢气把石棉350℃ 脱氧, 再用硅胶、分子筛干燥。反应产出的超细钨粉收集在收粉管中，含氢废气经净化吸收其中的氯化氢后排放燃烧。2

汽车冶金化学迁移反应的另一个重要的工程应用，就是汽化冶金。作为一种新的冶金技术，在材料加工方瓦例如，可利用氯化物化学气相还原一淀积方法，生产超细金属粉末和超纯金属等。

所谓汽化冶金就是利用金属或金属化合物的蒸汽压大小的不同，即挥发能力的差异，通过化学迁移反应，来进行各种金属的熔炼或精炼的一种提取冶金方法。

汽化冶金不同于其它冶金方法，就在于汽化冶金中发生了金属的化学迁移，即金属首先生成一种挥发性化合物而从原矿石中分离出来，然后通过对该挥发性金属化合物的处理，如淀积反应、热分解、电解、直接还原、歧化反应等来提取和纯化金属。1

表面复合材料化学迁移反应在材料科学领域中的一个突出的工程应用，就是表面复合材料的加工。

在制备表面复合材料以及各种材料的涂层工艺中， 基于化学迁移反应发展起来的各种气相蒸汽沉积工艺，起着重要的作用。

气相沉积过程包括表面与活泼气体之间的相互作用，故可用于产生高性能的表面涂层或者利用金属有机化学气相沉积以及其它工艺，能获得特殊功能的原子尺度规则的薄膜。正由于气相沉积工艺在制备各种新材料中具有特殊功能，因而对采用这些新材料的新技术、高技术领域, 如微电子学、半导体光电技术、太阳能利用中光电转换功能的无机材料、单晶薄膜、宇航技术、CdS/InP电池、生物材料与生物医学工程以及光纤通讯中光导纤维的制造等等领域, 它正获得广泛应用，促进了这些新技术的发展。

本词条内容贡献者为:

唐浩宇 - 教授 - 湘潭大学