Mitől függ, hogy a szén redukálni tud-e egy fém-oxidot?

E kérdés a kohászati termodinamika borzalmas bugyraiba vezet.

Röviden, egyszerűen hőmérséklet, vegyrokonság, koncentráció együttes hatása.

Hogyan számíthatjuk ki egy fém-oxid redukciójának kezdő hőmérsékletét?

Erre valók az adott reakcióhoz tartozó termodinamikai normálpotenciál függvények. Minél stabilabb egy fém-oxid egy adott hőmérsékleten, ez a függvény annál nagyobb negatív érték. Ezt a függvényt összevetjük a

2C + O2 = 2CO és

C + O2 = CO2

reakciók termodinamikai normálpotenciál függvényével, és a metszéspont adja a redukció kezdő hőmérsékletét. Ha a metszéspont megvalósíthatatlan magas hőmérsékletre esik, akkor más megoldást kell keresni.

A koncentráció hatására nézzünk egy konkrét példát!

Ha szilíciumot akarunk szénnel redukálni, a redukcióhoz min. 1537°C kell.

Ha nagyolvasztóban a képződő szilícium feloldódik a vasban, az aktivitása lecsökken, ( a reakció konstans 0,01 ), a redukció már 1200°C-on is megy.

Nagyon vázlatosan ennyi.

Érdeklődsz? Na, most beviszlek a sűrűbe!

Azt elfelejtettem említeni, a nyomástól is függenek ezek a reakciók.

Hogy is néznek ki ezek a delta-G-null függvények?

Itt egy pár elrettentésül:

4Ag + O2 = 2Ag2O _ _ _ _ -14480 -4,6*T*lg(T) +43,52*T _ _ [298 - °K]

4/3Al + O2 = 3/2Al2O3 _ -256600 _________ +48,30*T _ _ [298 - 933 °K]

4/3Al + O2 = 3/2Al2O3 _ -257500 _________ +44,30*T _ _ [933 - 2318 °K]

2C + O2 = 2CO _ _ _ _ _ -53400 _________ -41,90*T _ _ [298 - 2500 °K]

C + O2 = CO2 _ _ _ _ _ _ -94200 _________ -0,20*T _ _ [298 - 2500 °K]

4/3Cr +O2 = 2/3Cr2O3 _ _ -178500 _________ +41,40*T _ _ [298 - 1863 °K]

2Fe + O2 = 2FeO _ _ _ _ -124100 _________ +29,90*T _ _ [298 - 1642 °K]

2Fe + O2 = 2FeO _ _ _ _ -103950 _________ +17,71*T _ _ [1642 - 1808 °K]

2Fe + O2 = 2FeO _ _ _ _ -111250 _________ +21,67*T _ _ [1808 - 2000 °K]

6FeO + O2 = 2Fe3O4 _ _ _ -119240 _________ +59,80*T _ _ [298 - 1642 °K]

Ezek mind endoterm reakciók, ha zárt térben együtt - az "erősebb kutya" elve érvényesül.

Az adatok egy régi táblázatból származnak, kcal/kmol -ban vannak megadva.(Lusta voltam kjoule/mol-ra átszámolni.)

A hőmérsékletet Kelvin °-ban kell behelyettesíteni.

Szögletes zárójelben a függvény értelmezési tartománya.

Ábrázold diagramon ezeket a függvényeket! (Pl. Excel)

Minden világossá válik.

- - - -

Ha szénnel redukálunk valamit, a Boudouard-reakciót figyelembe kell venni.

C + CO2 = 2CO

Tipikus kétirányú reakció, erősen függ a hőmérséklettől, és a nyomástól.