Diagramas De Ellingham

INTRODUCCION

En este trabajo trataremos el tema de diagramas de Ellingham, la construcción de las diferentes isotermas, para qué sirve dicho diagrama y el análisis y la solución paso por paso de algunos ejercicios propuestos.

Con el fin de facilitar el desarrollo de algunos ejercicios, también estarán a disposición algunas gráficas para los óxidos, los sulfuros y los cloruros que con unos pasos muy sencillos ahorraran tiempo y cálculos.

CONTENIDO

Pág.

Introducción ----------------------------------------------------------------------- 4

¿Qué es el diagrama? ---------------------------------------------------------- 6

Aplicación del diagrama de Ellingham-------------------------------------- 8

Características del diagrama de Ellingham ------------------------------- 9

Construcción del diagrama --------------------------------------------------- 10

Resumen de conceptos ------------------------------------------------------ 13

Uso del diagrama de Ellingham -------------------------------------------- 16

Diagrama de Ellingham------------------------------------------------------- 20

Ejercicios -------------------------------------------------------------------------- 21

Conclusiones --------------------------------------------------------------------- 39

Bibliografía ------------------------------------------------------------------------ 40

¿QUÉ ES EL DIAGRAMA?

El diagrama de Ellingham es una representación grafica por medio del cual podemos observar las variaciones de la energía libre (∆G°) en una reacción de oxidación de los metales, permitiéndonos observar como la temperatura y una composición atmosférica de CO, CO2, H2, H2O, y O2 alteran el proceso de formación de este tipo de reacciones de oxidación.

El diagrama básicamente es una aproximación de una serie de datos obtenidos experimentalmente que se ajustaron a la ecuación de una recta del tipo Y=mX+b, y haciendo una analogía con la ecuación de Gibss ∆G=∆H-∆ST. Aunque el diagrama nos muestre el comportamiento de la reacción nos ensena mucho mas, gracias a que básicamente el grafico se basa también en las transformaciones que puede sufrir los componentes por ejemplo cambios de fases o alotrópicos observados en los cambios de pendiente de las isotermas del diagrama, además de mostrarnos la estabilidad de los componentes a composiciones y proporciones estequiométricas de una atmosfera compuesta por los gases anteriormente mencionados.

Como ya se menciono el diagrama es un conjunto de rectas llamadas isotermas que nos muestran el comportamiento de las reacciones, a condiciones especificas; sin embargo este análisis se logro gracias a tener en cuenta las condiciones de estabilidad y equilibrio que nos permite mostrar la reacción invariante de formación del oxido.

aM_X+bO_2→cM_x O_y (1)

Donde 3 especies químicas se encuentran en equilibrio y si analizamos las condiciones de estabilidad de Gibbs por medio de los grados de libertad de una reacción.

V=n+p-φ (2)

Entonces podemos analizar qué:

n=2 porque hay 2 componentes del sistema

p=1 ya que P=cte y composicion por lo cual T solo puede variar.

φ=3 porque el sistema presenta 3 fases en equilibrio

V=2+1-3

V=0 entonces el sistema esta en equilibrio termodinamico

El sistema del diagrama de Ellingham existe en las condiciones determinadas por el sistema de equilibrio de la reacción de oxidación.

APLICACIÓN DEL DIAGRAMA DE ELLINGHAM

El uso del diagrama tiene muchas aplicaciones a nivel de la obtención de metales puros mediante los procesos de fundición y pirometalurgia. Esto es gracias a que como en la mayoría de las veces los metales se encuentran en la naturaleza mesclados con impurezas y otros componentes se hace estrictamente necesario llevar a cabo la separación de estos materiales, para la refinación del metal y utilización para la industria.

En estos procesos de extractiva y refinación de metales se hace sumamente importante las condiciones a las cuales se trabaja tal es el caso de temperatura y composición atmosférica, y es ahí donde el diagrama de Ellingham entra a jugar un papel importante ya que:

Nos permite observar en un proceso de refinación la estabilidad de los componentes a ciertas condiciones de temperatura.

Las condiciones atmosféricas necesarias para las cuales se lleve a cabo el proceso de extracción, ya que nos proporciona las relaciones estequiométricas de la composición atmosférica de oxigeno, agua, hidrogeno, monóxido y bióxido de carbono, necesarios y de gran importancia para que se lleve a cabo el proceso.

Es de suma importancia al momento de llevar a cabo los cálculos de generación de energía necesarios para el proceso, por lo cual nos permite evitar gastos de material y energía, muy importantes en estos procesos donde se llevan a cabo gastos enormes de los mismos.

Las condiciones de equilibrio termodinámico que brinda el diagrama de Ellingham es de suma importancia para estos procesos de la metalurgia extractiva.

CARACTERISTICAS DEL DIAGRAMA DE ELLIGHAM

Las curvas en el diagrama de Ellingham para la formación de óxidos metálicos son líneas rectas con pendiente positiva, llamadas isotermas.

Mientras más abajo esté la isoterma, más es la estabilidad de su óxido, y más espontanea es su reacción de formación del oxido.

La entalpia de formación del CO2 es casi una constante independiente de la temperatura, mientras que la de CO tiene pendiente negativa ya que es el compuesto más utilizado a temperaturas muy altas, por lo tanto a mayores temperaturas es más eficiente como reductor. Esto se debe a que el CO es bastante inestable lo suficiente para que desprenda los oxígenos del oxido y forme el dióxido de carbono separando al metal de l oxigeno, dejándolo en su forma pura.

La intersección de dos líneas implica el equilibrio de la oxidación y la reducción entre dos sustancias, si por debajo del punto de intersección el ∆G° es menor que cero (0) los óxidos son estables mientras que si por encima del punto de intersección el

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