La aluminotermia es un reacción general para obtener metales, partimos de aluminio y un óxido de metal y obtenemos dicho metal y óxido de aluminioproduciéndose a la par un porrón de energía. Los cálculos teóricos nos los dan los diagramas de Ellingham pero mejor no entremos en ellos. Puesto en forma de reacción química: Fe2O3 + 2 Al → Al2O3 + 2 Fe + energía Cr2O3 + 2 Al → Al2O3 + 2 Cr + energía, etc Básicamente se requiere: - Un recipiente refractario para realizar la reacción (una maceta suele ir bien) - El óxido y el aluminio finamente pulverizados y bien mezcladitos para que estén en íntimo contacto y la reacción se propague como la espuma. Mezclarlos no conlleva ningún riesgo por lo que veremos ahora - Y el punto de mayor destreza, para que la aluminotermia se inicie ha de activarse, al igual que para que prenda el butano hace falta una chispa. La reacción requiere una activación bastante potente (por eso decíamos que no había peligro al mezclarlo). Lo mejor suele ser una tira de magnesio que haga la labor de mecha y que prenderemos, una opción más casera puede ser utilizar azúcar sobre la que dejaremos gotear un poco de sulfúrico - medidas de seguridad: sólo cuando vayas a encenderla y mientras dure la reacción, tan sencillo como ponerse lejos y disfrutar. Lo importante es que no te pille con la cabeza ahí metida. Diagrama de Ellingham Un diagrama de Ellingham es un diagrama de cambios en la energía libre estándar con respecto a la temperatura de diversas reacciones como la formación de óxidos, sulfuros, etc. de varios elementos. Se construyeron por primera vez por Harold Ellingham en 1944. En la metalurgia, el diagrama Ellingham se utiliza para predecir la temperatura de equilibrio entre un metal, su óxido y el oxígeno, y, por extensión, las reacciones de un metal con azufre, nitrógeno y otros no -metales. Los diagramas son útiles en el intento de predecir las condiciones bajo las cuales una mena metálica se reduce a metal. TΔS] y son una gráfica de forma particular de ella. In the temperature ranges commonly used.Ellingham diagram for high temperature oxidation Ellingham diagrama para la oxidación a alta temperatura Ellingham diagrams follow from the Second Law of Thermodynamics [ΔG = ΔH . but the ΔG of the oxidation always becomes more negative with lower temperature.TΔS] and are a particular graphical form of it. ΔG is the Gibbs Free Energy Change. the metal and the oxide are in a condensed state (liquid or solid) with the oxygen gaseous.S es el] Cambio de entropía The Ellingham diagram plots the Gibbs free energy change (ΔG) for the oxidation reaction versus the temperature. and .G) para la reacción de oxidación en comparación con la temperatura.ΔH is the Enthalpy Change and ΔS is the Entropy Change] DELTA.H es el cambio de entalpía y DELTA. DELTA.G es el cambio de energía libre de Gibbs.G = DELTA.H . the reactions may be exothermic or endothermic. diagramas Ellingham seguimiento de la Segunda Ley de Termodinámica [DELTA. Las parcelas diagrama Ellingham la energía libre de Gibbs del cambio (DELTA. thus the reaction becomes more probable statistically. . Por ejemplo. two equilibriums have to be considered. the greater the efficiency of the reducing agent. Curves in the Ellingham diagrams for the formation of metallic oxides are straight lines with a positive slope. Un metal que se encuentra en el diagrama Ellingham puede actuar como un agente reductor de óxidos metálicos que se encuentran por encima de ella. the Ellingham diagram for Al is found to be below Fe 2 O 3 . [ edit ] Salient Features [ editar ] Características salientes 1. y por lo tanto la reacción se hace más probable estadísticamente. the other oxidizes. altamente inestables. basada en motivos puramente energético de la reacción puede o no puede tener lugar de forma espontánea por motivos cinética si una o más etapas en el camino de reacción tienen muy altas energías de activación E A. If two metals are present. Al can act as a reducing agent to Cr which is above it in the diagram. A metal found in the Ellingham diagram can act as a reducing agent for a metallic oxide found above it. el metal y el óxido se encuentran en un estado condensado (líquido o sólido) con el gas oxígeno.G más negativo reduce. The lower the position of a metal in the Ellingham diagram more is the stability of its oxide. por lo que el metal con el DELTA. 3. las reacciones pueden ser exotérmicas o endotérmicas. Cuanto menor sea la posición de un metal en el diagrama Ellingham mayor es la estabilidad de su óxido. Al igual que con cualquier predicción reacción química. 5. so that the metal with the more negative ΔG reduces. Curvas en los diagramas Ellingham para la formación de óxidos metálicos son líneas rectas con pendiente positiva. At a sufficiently high temperature. 2. En los rangos de temperatura de uso común. the sign of ΔG may invert (becoming negative) and the oxide can spontaneously reduce to the metal. pero el DELTA. Cuanto mayor sea la brecha entre dos líneas. Thus. Así. A una temperatura suficientemente alta. For example. mayor será la eficiencia del agente reductor. como los óxidos de Ag 2 O y HgO fácil sufrir una descomposición térmica.G puede invertir (convirtiéndose en negativo) y el óxido de forma espontánea puede reducir al metal. Al-puede actuar como un agente reductor de Cr que está por encima en el diagrama. Estabilidad de óxidos metálicos disminuyen con aumento de la temperatura. con una temperatura más baja. The greater the gap between any two lines. Highly unstable oxides like Ag 2 O and HgO easily undergo thermal decomposition. Stability of metallic oxides decrease with increase in temperature. la oxida otros. el signo de DELTA. dos equilibrios tienen que ser considerados. el diagrama Ellingham de Al se encuentra por debajo de Fe 2 O 3. As with any chemical reaction prediction based on purely energetic grounds the reaction may or may not take place spontaneously on kinetic grounds if one or more stages in the reaction pathway have very high Activation Energies E A . Si dos metales están presentes. 4.G de la oxidación siempre se hace más negativo. aluminum itself oxidizing into aluminum oxide. when carbon reacts with oxygen it forms gaseous oxides carbon monoxide and carbon dioxide . Hence metallic aluminum can reduce iron from iron oxide into metallic iron. the oxides are unstable. According to Boudouard reaction . therefore the dynamics of its oxidation is different from that for metals: its oxidation has a more negative ΔG with higher temperatures. La intersección de dos líneas implica el equilibrio de la reacción de oxidación y la reducción de entre dos sustancias.G del reductor es más bajo en el diagrama que el óxido metálico que se reduzca. Por lo tanto aluminio metálico puede reducir el hierro a partir del óxido de hierro a hierro metálico. The formation enthalpy of carbon dioxide (CO 2 ) is almost a temperatureindependent constant. The intersection of two lines imply the equilibrium of oxidation and reduction reaction between two substances. la reducción de los óxidos de metal se obtiene a partir de carbono. el monóxido de carbono eficiente reductor más también.while above the point of intersection the Gibbs energy is >0 and so. and the higher the temperature.G línea inferior en el diagrama) a una temperatura dada. por lo tanto la dinámica de su oxidación es diferente de la de los metales: su oxidación tiene un efecto negativo DELTA. while that of carbon monoxide (CO) has negative slope. which is available cheaply in reduced form (as coal.) (Esta reacción se emplea en la termita ). 8. se reducirá un entalpía cuya formación es más alto en el diagrama. (This reaction is employed in thermite . mientras que la de monóxido de carbono (CO) tiene pendiente negativa. Reduction with using a certain reductant is possible at the intersection point and higher temperatures where the ΔG line of the reductant is lower on diagram than the metallic oxide to be reduced. por debajo de este punto de la energía de Gibbs es <0 y los óxidos son estables. cuando el carbono reacciona con el oxígeno forma óxidos de gases de monóxido de carbono y dióxido de carbono . que está disponible a bajo precio en forma reducida (como el carbón. Reducción con el uso de un reductor cierto es posible en el punto de intersección y temperaturas más altas. which can be rendered to coke ). the more efficient reductant carbon monoxide also is. Moreover. mientras que por encima del punto de intersección de la energía de Gibbs es> 0. y cuanto mayor sea la temperatura.6. De acuerdo con la reacción Boudouard . Una sustancia cuya formación es más baja entalpía (DELTA.G más con las . the reduction of metal oxides is obtained using carbon. below this point the Gibbs energy is <0 and the oxides are stable. que pueden ser prestados a coque ). Por otra parte. A substance whose formation enthalpy is lower (ΔG line lower on diagram) at given temperature. carbon monoxide is the dominant compound in higher temperatures. La entalpía de formación de dióxido de carbono (CO 2) es casi independiente de la temperatura constante. monóxido de carbono es el compuesto más utilizado en temperaturas más altas. de aluminio se oxida en el óxido de aluminio. y así. En los procesos industriales. At the point of intersection the Gibbs energy is 0(zero). [ edit ] Reducing agents [ editar ] Los agentes reductores In industrial processes. En el punto de intersección de la energía de Gibbs es 0 (cero). 7. will reduce one whose formation enthalpy is higher on the diagram. los óxidos son inestables. donde la línea DELTA. carbon can normally act as a reducing agent for all metal oxides at very high temperatures. [ edit ] Reducing Agent for hematite [ editar ] La reducción de Agente de hematita During smelting of hematite ore in the blast furnace reduction takes place at the top of the furnace. La principal aplicación de los diagramas de Ellingham está de hecho en la industria metalúrgica. normalmente de carbono puede actuar como un agente de reducción para todos los óxidos de metal a temperaturas muy altas. Hence. De carbono por lo tanto puede actuar como agente reductor. En la temperatura alta de la curva Ellingham para la reacción 2C (s) + O 2 (g) -> 2CO (g) se inclina hacia abajo y cae por debajo de las curvas para todos los metales. But chromium formed at these temperatures react with carbon to form its carbide which gives undesirable properties to chromium metal obtained. where temperature is in the range of 600 o C to 700 o C. Using this property. Así. Usando esta propiedad. en la hematita alto horno se reduce por el CO a pesar de carbono se mezcla con ella. reduction of metals may be performed as a double redox reaction at relatively low temperature. Durante la fundición de mineral de hematita en la reducción de altos hornos se lleva a cabo en la parte superior del horno. Por lo tanto. From Ellingham diagram we notice that in this range carbon monoxide acts as a reducing agent since the process 2 CO + O 2 --> 2CO 2 has a lower negative value of free energy change than the process 2C + O 2 --> 2CO. Carbon can thus act as reductive agent both in element phase and in monoxide phase. En el diagrama Ellingham nos damos cuenta de que en este nivel de monóxido de carbono actúa como agente reductor ya que el proceso de CO 2 + O 2 -> 2CO 2 tiene un valor negativo más bajo de cambio de energía libre que el proceso de 2C + O 2 -> 2CO. Pero el cromo forma a estas temperaturas reacciona con el carbono para formar su carburo que le da propiedades . Fe 2 O 3 + 3CO --> 2Fe + 3CO 2 Fe 2 O 3 + 3CO -> 2Fe + 3CO 2 [ edit ] Reducing Agent for chromic oxide-carbon cannot be used [ editar ] La reducción de Agente para crómico del óxido de carbono no se puede utilizar At high temperature the Ellingham curve for the reaction 2C(s) + O 2 (g) --> 2CO(g) slopes down and falls below the curves for all the metals. Thus in the blast furnace haematite is reduced by CO even though carbon is mixed with it. donde la temperatura está en el rango de C o de 600 a 700 o C. [ edit ] Use of Ellingham Diagrams [ editar ] El uso de diagramas de Ellingham The main application of Ellingham diagrams is indeed in the metallurgy industry. la reducción de los metales puede ser realizada como un doble redox reacción a baja temperatura relativamente. donde ayuda a seleccionar el mejor agente reductor para minerales diversos en el proceso de extracción.temperaturas más altas. tanto en la fase de elementos y en fase de monóxido de carbono. where it helps to select the best reducing agent for various ores in the extraction process. Dado que la energía libre de Gibbs es negativa. hierro. Por lo tanto. This fact can be illustrated as below: Este hecho se puede ilustrar de la siguiente manera: The free energies of formation of chromium oxide and aluminum oxide per mole of oxygen consumed are -540kJ and -827kJ respectively. Al se utiliza como agente reductor en el proceso de alumino-térmica para extraer el Cr y Mn por la reducción de sus óxidos. In pyrometallurgy. [ edit ] Alumino thermic process [ editar ] térmico proceso de alumino The Ellingham curve for Aluminum always lies below the curves of metals like Cr. carbon cannot be used. En pirometalurgia. . for high temperature reduction of chromic oxide. aluminium acts as the reducing agent. carbono no pueden ser utilizados. Fe.Equation (1) gives La ecuación (2) . Las energías libres de formación de óxido de cromo y óxido de aluminio por mol de oxígeno consumido se-540kJ y 827kJ respectivamente. etc. La curva de Ellingham de aluminio siempre está por debajo de las curvas de metales como el cromo. etc Así aluminio se pueden utilizar como agente reductor de los óxidos de todos estos metales. para la reducción de la temperatura alta de óxido de cromo. Al is used as a reducing agent in alumino-thermic process to extract Cr and Mn by reduction of their oxides. Hence. los actos de aluminio como agente reductor.La ecuación (1) da Δ G 0 = − 287 k J Δ G = 0 .287 k J Since Gibb's free energy is negative. Equation (2) . Así que el óxido de aluminio es más estable que el óxido de cromo.indeseables a cromo metal obtenido. So Aluminum can be used as the reducing agent for oxides of all these metals. The processes are: Los procesos son los siguientes: (1) (1) (2) (2) So Aluminum oxide is more stable than chromium oxide.