a) Qual é a temperatura mais baixa na qual óxido de ferro(II) pode ser reduzido a ferro pelo carbono? Qual a reação global nessa temperatura?
b) Para qual intervalo de temperaturas a reação
é espontânea?
c) Qual a reação global para a redução do óxido de mercúrio por carbono a 500 K?
d) Qual a importância prática da alta afinidade do alumínio pelo oxigênio? Dê exemplos de reações de aluminotermia.
b) Para qual intervalo de temperaturas a reação
c) Qual a reação global para a redução do óxido de mercúrio por carbono a 500 K?
d) Qual a importância prática da alta afinidade do alumínio pelo oxigênio? Dê exemplos de reações de aluminotermia.
Passo 1
Beleza, vamos lá. O enunciado tá pedindo quatro coisas baseadas em termodinâmica e diagramas de Ellingham:
a) Descobrir a temperatura mínima pra reduzir FeO com carbono e escrever a reação global nessa temperatura.
b) Determinar pra quais temperaturas a reação
a) Descobrir a temperatura mínima pra reduzir FeO com carbono e escrever a reação global nessa temperatura.
b) Determinar pra quais temperaturas a reação
é espontânea.
c) Escrever a reação global da redução de HgO por carbono a 500 K.
d) Falar por que o alumínio “ama” oxigênio e dar exemplos de reações aluminotérmicas.
c) Escrever a reação global da redução de HgO por carbono a 500 K.
d) Falar por que o alumínio “ama” oxigênio e dar exemplos de reações aluminotérmicas.
Conteúdo: termodinâmica (ΔG, ΔH, ΔS) e uso de diagramas de Ellingham pra ver espontaneidade de reações de redução. A gente vai precisar das equações de ΔG(T)=ΔH–T·ΔS e dos valores padrão de entalpia e entropia (ou do gráfico de Ellingham) pra descobrir os pontos de cruzamento.
Passo 2
(a) Temperatura mínima pra reduzir FeO com C
-
No diagrama de Ellingham vemos duas curvas importantes:
- Formação de FeO:
- “Linha do CO”: que representa
- Formação de FeO:
-
A redução de FeO por C é globalmenteEla fica espontânea quando o carbono “consegue” tirar o oxigênio do FeO, i.e. quando a linha do CO fica abaixo da linha do FeO.
-
Do diagrama de Ellingham ou resolvendoacha-se que isso ocorre por volta de 900 °C (≈ 1173 K).
Portanto, abaixo disso não é termodinamicamente favorável; acima, rola.
Passo 3
(b) Intervalo de espontaneidade de C + CO₂ → 2 CO
A reação é
Temos, em geral:
Para essa reação típica:
Queremos
:
Logo, a reação é espontânea para T ≳ 1000 K.
Passo 4
© Reação global de redução de HgO por C a 500 K
A prática comum é que o carbono retira o oxigênio do óxido e forma CO₂ (já que a formação de CO não é favorável a 500 K). A equação global fica:
Isso porque abaixo de ~1000 K não dá pra gerar muito CO, então o O vai pra CO₂ mesmo.
Passo 5
(d) Afinidade do alumínio pelo oxigênio e aluminotermia
-
Por que é importante?
- O Al forma um óxido superestável (
) com ΔG muito negativo em toda a faixa de temperatura. Isso faz do Al um agente redutor poderoso: ele “puxa” O de quase qualquer outro óxido. - É a base das reações de aluminotermia (ou termo‐redução aluminotérmica), que liberam muuuito calor (é exotérmica de verdade).
- O Al forma um óxido superestável (
-
Exemplos clássicos de aluminotermia:
- Reação com óxido de ferro(III) (termita):
- Reação com óxido de cobre(II):
- Tem também reações pra produzir Cr, Mn, etc., todas baseadas no mesmo princípio.
- Reação com óxido de ferro(III) (termita):
Resposta
a) A partir de cerca de 1173 K (900 °C) o carbono reduz FeO, com reação global
b) A reação
é espontânea para T ≳ 1000 K.
c) A redução de HgO por carbono a 500 K é
c) A redução de HgO por carbono a 500 K é
d) O alumínio forma um óxido extremamente estável, tornando-o um redutor poderoso. Exemplos de aluminotermia: