Van-Arkel-de-Boer-Verfahren

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Apparatur aus Quarzglas für das Van-Arkel-de-Boer-Verfahren 1: zur Vakuumpumpe, 2: 6 mm Molybdänelektrode, 3: Molybdännetz, 4: Kammer für das Rohmetall, 5: 0,06 mm Wolframdraht

Das van-Arkel-de-Boer-Verfahren [-ˈbuːr-], auch Aufwachsverfahren genannt, ist eine von Anton Eduard van Arkel und Jan Hendrik de Boer im Jahre 1924 entwickelte Transportreaktion zur Gewinnung bzw. zur Reinigung von Metallen, wie z. B. Titan, Zirconium, Hafnium, Vanadium, Tantal, Thorium, Chrom, Rhenium, Protactinium oder deren Verbindungen (z. B. Titancarbid TiC, Titannitrid TiN, Zirconiumnitrid ZrN) sowie der Halbmetalle Bor, Silicium.[1]

Prozess[Bearbeiten]

Prozessschema des Van-Arkel-de-Boer-Verfahrens (Me = Metall).

Das zu reinigende Metall wird zusammen mit Iod am Boden eines evakuierten glockenförmigem Gefäßes bei einem auf 0,1–20 Pa[2] reduzierten Druck erhitzt. Bei Titan beträgt die Reaktionstemperatur etwa 800 °C.[3]

Dabei bildet sich in der Hinreaktion das bei dieser Temperatur gasförmige Metalliodid, bei Titan etwa das gasförmige TiI4. Dieses gelangt durch Diffusion oder Konvektion an einen glühenden Wolframdraht, an dem es sich wieder zersetzt. Dabei scheidet sich in der Rückreaktion das reine Metall ab. Das freiwerdende Iod nimmt erneut Metall auf. Eventuell zuvor im Metall vorhandene Verunreinigungen verbleiben im Rückstand.

Das Verfahren nutzt die unterschiedliche Gleichgewichtslage von Hin- und Rückreaktion aus, die, bezüglich der Iodidbildung, exotherm ist, d. h., bei hoher Temperatur verschiebt sich das Gleichgewicht auf die linke Seite. Diese ist entropisch begünstigt, weshalb die Reaktion unter vermindertem Druck stattfindet:

\mathrm{Ti\; +2\ I_2\; \rightleftharpoons\; TiI_4} (Hinreaktion: 600 °C; Rückreaktion: 1200 °C)

Die Reaktion ist exotherm mit ΔH = −427 kJ/mol[4].

Auch im Betrieb einer Halogenlampe wird das Verfahren ausgenutzt. Durch die hohe Betriebstemperatur sublimierte Wolframatome, die sich an der Glaswand der Glühbirne niedergeschlagen haben, werden vom im Schutzgas in geringen Mengen vorhandenen Iod und Chlor in WCl4 bzw. WI4 überführt. Bei der deutlich höheren Temperatur am Glühfaden selbst verlagert sich das Gleichgewicht auf die Seite der Edukte, sodass sich das Wolfram elementar am Glühfaden abscheidet und so den Sublimationsverlust verringert.

Produkte[Bearbeiten]

Die Fotos zeigen hochreine Metallaufwachsstangen („Crystal Bars“), die nach dem Van-Arkel-de-Boer-Verfahren hergestellt wurden.

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

Erwin Riedel: Anorganische Chemie, 6. Auflage, 2004, Walter de Gruyter, Berlin, New York

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Aufwachsverfahren. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 10. April 2011.
  2. Purification process and characterization of ultra high purity metals, Yoshio Waseda, Minoru Isshiki
  3. Holleman-Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie 91-100 Auflage, Walter de Gruyter, Berlin 1985 ISBN 3-11-007511-3
  4. Script der TU Darmstadt (PDF; 602 kB)