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 és koksz keveréke, így az előállított termék a . Egy közönséges foszfát ásványból, a fluorapatitból kiindulva a reakció a következőképpen írható fel: 4 + 18 + 30C → 3 + 30CO + 18 + 2
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. 2 + 7 + 6C → 2 + 2 + 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 vegyület keletkezik, ezért használják az alumíniumot ebben az esetben redukálószerként.
Fordítás
Kategória:Kémiai reakciók