Szenes redukció

A szenes redukció (karbotermia) olyan kémiai reakció, melyben a szén redukáló anyagként vesz részt. Az ilyen típusú reakciók több száz fokon mennek végbe, és különböző anyagok elemi formában állíthatók elő oxidjaikból kiindulva. Bizonyos fémek oxidjai esetén azonban a reakció nem alkalmazható, mint például a nátrium vagy kálium oxidjai esetén. Az, hogy egy elem milyen mértékben vesz részt ilyen típusú reakciókban, az Ellingham-diagram felhasználásával megjósolható.

Reakció folyamata

A szenes redukció során szén-monoxid és néha szén-dioxid is keletkezik. A folyamat az entrópia elveinek felhasználásával magyarázható. Mivel a két kiinduló anyag, a szén és valamely fém oxid szilárd halmazállapotúak, a termékek közül csak a létrejött elemi fém szilárd, míg a másik gáz halmazállapotú és nagy az entrópiája. Nagy mennyiségű hő szükséges, hogy a diffúzió beinduljon, mivel kisebb mennyiségű hő a reakció lassabb lezajlását eredményezné.

Alkalmazás

A legjellemzőbb példa a reakció felhasználására a fémércek olvasztása. A folyamat összetett, de a reakció leegyszerűsítve így írható fel:

2 Fe₂O₃ + 3 C → 4 Fe + 3 CO₂

Szenes redukción alapuló eljárással évente 1 millió tonna elemi foszfort állítanak elő világviszonylatban. Kalcium-foszfátot olvasztanak 1,200–1,500 °C közötti hőmérsékleten homokkal keverve, mely alapvetően SiO₂ és koksz keveréke, így az előállított termék a P₄. Egy közönséges foszfát ásványból, a fluorapatitból kiindulva a reakció a következőképpen írható fel:

4Ca₅(PO₄)₃F + 18SiO₂ + 30C → 3P₄ + 30CO + 18CaSiO₃ + 2CaF₂

Más variációk

Sokszor a szenes redukciók más átalakulásokkal vannak összekapcsolva. Ilyen például a klorid eljárás, amely során a titánt lehet elválasztani az ilmenittől, ami a titán egyik legjellemzőbb érce. A folyamat során a szén és az aprított érc keverékét 1000 °C körüli hőmérsékletre melegítik, miközben klór gázt vezetnek át a rendszeren, így eredményként titán-tetraklorid keletkezik.

2FeTiO₃ + 7Cl₂ + 6C → 2TiCl₄ + 2FeCl₃ + 6CO

Egyes fémek esetén azonban a szenes redukció nem az elemi fémet eredményezi, hanem fém karbidot, ezért is alkalmazzák a titán esetén is a kloridos eljárást. A karbidok ugyanakkor magas hőmérsékleten oxidokat eredményeznek, így a króm esetén Cr₂O₃ vegyület keletkezik, ezért használják az alumíniumot ebben az esetben redukálószerként.

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Carbothermic reaction című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.