Diagrammi di Ellingham: dagli ossidi ai metalli

I metalli, ad eccezione di metalli nobili, sono presenti sulla crosta terrestre sotto forma di ossidi, solfuricarbonati e silicati.

L’ottenimento del metallo puro dal minerale si realizza con una semireazione di riduzione che può essere effettuata tramite un riducente chimico ad alta temperatura, con un riducente chimico in soluzione acquosa o per via elettrolitica.

Nel campo della metallurgia, il concetto di energia libera trova applicazioni nello studio degli equilibri relativi all’ottenimento dei metalli dai loro ossidi per riduzione con carbonio.

Tale studio viene condotto utilizzando grafici in cui si pone l’energia libera di formazione degli ossidi metallici in funzione della temperatura tramite diagrammi detti diagrammi di Ellingham.  Ad esempio sia M un metallo bivalente per il quale la reazione di ossidazione è:

(a) 2 M + O2 ⇌ 2 MO cui è associata un’energia di formazione ΔG°a

Consideriamo adesso le energie libere di formazione di CO e di CO2 e l’energia libera di ossidazione del monossido di carbonio secondo le reazioni:

(b) 2 C + O2 ⇌ 2 CO  cui è associata un’energia di formazione ΔG°b

(c) C + O2 ⇌ COcui è associata un’energia di formazione ΔG°c

(d) 2 CO + O2 ⇌ 2 CO2cui è associata un’energia di formazione ΔG°d

Affinché sia possibile ottenere un metallo dal suo ossido è necessario che il ΔG° della reazione:

2 MO + 2 C ⇌  2 M + 2 CO

Tale reazione può desumersi considerando la reazione (a) da destra verso sinistra:

2 MO ⇌ 2 M + O2  cui è associata un’energia di formazione – ΔG°a

e sommandola membro a membro con la reazione (b)

si ha:

2 MO ⇌ 2 M + O2

2 C + O2 ⇌ 2 CO

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Author: Chimicamo

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