Diagrammi di Ellingham: dagli ossidi ai metalli

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2 MO + 2 C ⇌ 2 M + 2 CO

La variazione dell’energia libera di tale reazione vale ΔG° = ΔG°b – ΔG°a. affinché tale reazione avvenga spontaneamente è necessario che ΔG°< 0 ovvero: ΔG°b – ΔG°a.< 0 il che implica ΔG°b < ΔG°a il che implica che la retta relativa al riducente ovvero a CO, nel diagramma di Ellingham, deve trovarsi al di sotto della retta relativa al metallo.

ellingham

Dal grafico si evidenziano alcuni punti caratteristici:

1) le energie libere di formazione degli ossidi metallici crescono con l’aumentare della temperatura, e le rette hanno tutte pendenza analoga, il che è facilmente spiegabile con la variazione di entropia della reazione di formazione dell’ossido, in cui sparisce una fase gassosa O2 mentre le variazioni di entropia dovute ai solidi hanno poca influenza sul ΔS

2) la retta relativa a CO ha pendenza negativa e quindi incrocia, a temperature più o meno elevate, le rette relative agli ossidi metallici, il che rende possibile la riduzione di tali ossidi mediante CO

3) l’energia libera di formazione della CO2 è praticamente indipendente dalla temperatura: retta orizzontale; infatti la reazione C(s) + O2(g) ⇌ CO2(g)

Avviene con bassa variazione di entropia in quanto il numero di moli gassose non cambia prima e dopo la reazione

Dal diagramma si nota, inoltre, che a basse temperature è più stabile la CO2 mentre ad alte temperature è più stabile CO: quindi la CO2 che si forma dalle reazioni (c) e (d) tende a reagire, ad alta temperatura, con il carbonio, per dare CO secondo la reazione:

CO2 + C ⇌ 2 CO

Questa reazione è data dalla differenza tra la (b) e la (c):
2 C + O2 ⇌ 2 CO   ΔG°b

CO2 ⇌  C + O2   – ΔG°a

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CO2 + C ⇌  2 CO     ΔG° = ΔG°b– ΔG°a

e il  ΔG° della reazione al di sopra di una certa temperatura, come si può vedere in figura è negativo. Il CO che si forma può quindi ridurre altro ossido metallico

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Author: Chimicamo

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