subentra una rapida corrosione con formazione di una cella galvanica) ->acciai inossidabili sono in lega con cromo e nichel. Gli acidi non ossidanti attaccano il ferro sviluppando H 2, per esempio: Fe + 2HCl FeCl 2 + H 2">

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Lezione 24 – Processi termochimici nellindustria, ovvero ossidazione ed energia.

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1 Lezione 24 – Processi termochimici nellindustria, ovvero ossidazione ed energia

2 1. Riduzione del minerale di ferro nellaltoforno Il ferro è il metallo più abbondate nella crosta terrestre dopo lalluminio. Presenta numero di ossidazione +2 (composti ferrosi) e +3 (composti ferrici). Ha una temperatura di fusione di 1535°C e di ebollizione di 2750°C alla pressione di 1 atm

3 squamoso e permeabile di idrossido ferrico idrato Fe(OH) 3 ·H 2 O (ruggine). 4Fe(s) + 3O H 2 O 4 Fe(OH) 3 ·H 2 O ->strato passivante di ossido con il minio, Pb 3 O 4 ->cromatura ->zinco o stagno (la "latta" possiede uno spesso strato di stagno; se questo viene danneggiato ->subentra una rapida corrosione con formazione di una cella galvanica) ->acciai inossidabili sono in lega con cromo e nichel. Gli acidi non ossidanti attaccano il ferro sviluppando H 2, per esempio: Fe + 2HCl FeCl 2 + H 2

4 Fe Struttura: compare in tre modificazioni a seconda della temperatura -Fe -Fe (908°C) -Fe (1400°C) -Fe è ferromagnetico fino alla temperatura di Curie (768°C), presenta una struttura cubica a corpo centrato mentre -Fe presenta invece una struttura piu' compatta, cubica a facce centrate.

5 Fe 2 O 3 + 3H 2 (gas) 2Fe + 3H 2 O(gas) Fe 2 O 3 + 2Al 2Fe + Al 2 O 3 o mediante deposizione elettrolitica da soluzioni di solfato ferroso [-] Fe e- Fe(s) Riduzione del ferro dagli ossidi

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7 2C + O 2 2CO H = -221 kJ e la temperatura nella parte inferiore dell'altoforno raggiunge i 1600°C. Il CO caldo sale nello strato di minerale sovrastante e riduce Fe 2 O 3 a metallo : Fe 2 O 3 + 3CO 2Fe + 3CO 2 Lo strato sovrastante però trasforma CO 2 in CO secondo l'equilibrio di Bouduard CO 2 + C 2CO il CO riduce il ferro nello strato sovrastante e così via. Una parte del carbonio riduce direttamente il ferro Fe 2 O 3 + 3C(solido) 2 Fe(s) + 3CO(gas)

8 Il silicio, elemento chiave nell'elettronica, è presente in natura solo come ossido..che fare? SiO HF H 2 SiF H 2 O La silice contenuta nel vetro comune reagisce nello stesso modo; questo spiega perché il l'acido fluoridrico non può essere conservato in questo materiale. Gli idrossidi alcalini lo attaccano a caldo formando idrogeno (tipico comportamento non-metallico): Si + 2 NaOH + H 2 O Na 2 SiO H 2 (gas)

9 All'aria brucia solo dopo i 1000°C : Si + O 2 SiO 2 Il carburo di silicio, SiC, è uno degli abrasivi più comunemente usati, per la sua durezza e per il basso costo. Esso viene prodotto riscaldando carbone e sabbia silicea in forno elettrico a resistenza : SiO C SiC + 2 CO(gas) Il silicio puro: reazione ad alta temperatura con Al (alluminotermia): 3 SiO Al 3 Si + 2 Al 2 O 3 seguita da una separazione finale con acido cloridrico, in cui il Si è insolubile.

10 Veniamo ora alla produzione del silicio. Esso non si trova libero in natura, ma è abbondantemente presente nella crosta terrestre, con una concentrazione del 27% in peso combinato con l'ossigeno a formare la silice ed i silicati. Forno elettrico (2000°C) : SiO 2 + 2C Si + 2 CO(gas) Si lavora in condizioni analoghe alla produzione del carburo di silicio, usando però un eccesso di SiO2 per prevenire la formazione di SiC. Il silicio ottenuto ha una purezza del 98-99% e viene utilizzato prevalentemente per la produzione di leghe ferro-silicio o purificato per i dispositivi a semiconduttore

11 Au Molto resistente all'ossidazione viene usato in contatti elettrici; non è attaccato dagli acidi, nemmeno ossidanti, ma si scioglie in una miscela di 1:3 di acido nitrico e cloridrico concentrati (acqua regia) per formazione di ioni complessi AuCl 4 -. Au + HNO HCl AuCl NO(gas) + 2H 2 O + H +

12 Pt Pt si scioglie solo in acqua regia come acido esacloroplatinico H 2 PtCl 6. 3 Pt + 4 HNO HCl 3 H 2 PtCl NO(gas) + 8 H 2 O

13 Nei cosiddetti catalizzatori a tre vie, vengono catalizzate le seguenti reazioni nei gas di scarico dellautoveicolo, che a tale scopo devono contenere una piccola percentuale di ossigeno libero (O 2 ). La temperatura ottimale deve essere tra 400 e 500°C 2 NO N 2 + O 2 2 CO + O 2 2 CO 2 C n H 2n+2 (idrocarburi incombusti) + (3n+1)/2 O 2 n CO 2 + (n+1)H 2 O (gas)

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