Влияние температуры на изобарные потенциалы образования оксидов

При низких температурах реакции взаимодействия элементов с кислородом протекают с образованием твердых или жидких оксидов. С повышением температуры прочность конденсированных (твердых или жидких) оксидов уменьшается и значение изобарного потенциала образования этих оксидов ΔG^o_т увеличивается, т. е. отрицательное значение изобарного потенциала уменьшается. Совершенно иначе влияет температура на изобарный потенциал образования окиси углерода. При образовании окиси углерода происходит увеличение количества газообразных веществ, поэтому степень неупорядоченности в системе увеличивается, а энтропия возрастает. Изменение энтропии является положительным (ΔS>0). Чем выше температура, тем больше величина энтропийного члена (ТΔS). Таким образом, увеличение температуры приводит к уменьшению отрицательного значения изобарного потенциала образования твердых (или жидких) оксидов и к увеличению этой величины для окиси углерода. Такое действие температуры оказывает большое влияние на ход углетермических реакций восстановления оксидов.

При достаточно высокой температуре величина энтропийного члена становится равной величине теплового эффекта. При этом изобарный потенциал реакции становится равным нулю, а при более высокой температуре он становится отрицательным. Такая температура является низшей температурой, при которой возможно протекание реакции. Она может быть определена по следующему уравнению:

T = ΔH / ΔS

В среднем изменение энтропии при восстановлении оксидов углеродом равно 175 Дж/(моль·К). Приближенную оценку температуры, при которой возможно восстановление оксида, можно получить, поделив тепловой эффект реакции на 175:

T = ΔH / 175

Вычисленные по этому уравнению температуры, при которых возможно восстановление различных оксидов углеродом, приведены в табл.

Таблица Расчет наименьшей температуры восстановления различных оксидов углеродом.

При выборе восстановителя необходимо решать следующие вопросы:

1. Возможность восстановления данного (ведущего) элемента из его оксида.

2. Степень извлечения восстанавливаемого элемента из руды в металл (какой может быть достигнут конечный результат в извлечении).

3. Какова может быть достигнута максимальная скорость восстановления данного элемента из руды.

На первые два вопроса нам может дать ответ термодинамика расчетным путем без проведения специальных исследований, а на третий - кинетика, которая требует знания механизма процесса и требует проведения экспериментов.