103654751 Ellingham

PROGRAMA DE PRÁCTICAS. METALES. CAPITULO “0”.

A) Construcción de diagramas

ΔGº (T)/T Ellingham.

El cálculo de ∆Gº se realizará mediante la ecuación:
∆G º (T ) ≈ ∆H º (273 K ) − T ∆S º ( 273 K )
Siendo:
∆H º (273 K ) la ordenada en el origen;
∆S º (273 K ) la pendiente
Para la formación Al2O3
4
2
Al ( s ) + O2 ⇔ Al 2 O3
3
3
∆G º ( 273K ) = − 253 Kcal / mol O2
∆G º (1273 K ) = − 207 Kcal / molO2
− [ − 253 Kcal = ∆H º (273) − 273 ∆S º (273)]
− 207 Kcal = ∆H º (273) − 1273 ∆S º (273)
46 = −1000 ∆S º (273)
∆S º (273) = −

46
Kcal
= −4,6 10 − 2
1000
mol K

∆H º (273) = −253 Kcal − (273) 4,6 10 − 2 Kcal = −266
∆G º (T ) = −266

Para el TiO2

∆S º (273) =

Kcal
mol

Kcal
+ 4 ,6 10 − 2 T(K)
mol

Ti ( s) + O2 ( s ) ⇔ TiO2
(−1) × G º (273) + G º (1273) 207 − 163
Kcal
=
= −4,40 10 −2
− 1000
−1000
mol K

∆H º (273) = −207 Kcal + (273)(−4,4010 −2 ) = 2,19 Kcal
Kcal
∆G º (T ) = −219
+ 0,044 T ( K )
mol O2

Grupo de Siderurgia, Metalurgia y Materiales_______________________________________Universidad de Oviedo

Para el Cr2O3
4
2
Cr + O2 ⇔ Cr2 O3
3
3
(−1) × G º (273) + G º (1273) 167 − 125
Kcal
∆S º (273) =
=
= −4,20 10 −2
− 1000
− 1000
mol K
Kcal
∆H º (273) = −167 + 4,20 10 − 2 (273)(−1) =−178
mol O2
∆G º (T ) = −178

Kcal
+ 0,044 T ( K )
mol O2

Para el N2O
2 Ni + O2 ( s ) ⇔ 2 NiO
(−1) × G º (273) + G º (1273) 102 − 55
Kcal
=
= −4,70 10 − 2
1000
− 1000
mol K
Kcal
∆H º (273) = −102 + 4,70 10 − 2 (273)(−1) = −115
mol O2
∆S º (273) =

∆G º (T ) = −115

Kcal
+ 0,047 T ( K )
mol O2

Para el CO
2C + O2 ⇔ 2CO
(−1) × G º (273) + G º (1273) 66 − 107
Kcal
=
= −4,1010 −2
1000
− 1000
mol KKcal
∆H º (273) = −66 + 0,041(273) = −55
mol O2
∆S º (273) =

∆G º (T ) = −55

Kcal
+ 0,041T ( K )
mol O2

Para el Fe2O3 (Hematites)
4
2
Fe( s) + O2 ( s ) ⇔ Fe2 O3 ( s )
3
3

Grupo de Siderurgia, Metalurgia y Materiales_______________________________________Universidad de Oviedo

∆G º (T ) = −131

Kcal
Kcal
+ 0,044T(K)
mol
mol

Cálculo de la presión de O2
Teniendo en cuenta que ∆Gº se puede expresarcomo:
(Julios)
(Calorías)

∆G º (T ) = − RT ln K = − (1,987 )(4,184)T ln K = −19,14T log K
∆G º (T ) = − 4,575T log K
K = 10 − ∆G º (T ) / 4,575
1
P (O2 ) =
(atmósferas)
K (T )
∆G º (T ) = ∆H º (273) + ∆Cp∆T − T∆S º (273) − T∆Cp ln

T
273

∆G º (T ) ≈ ∆H º (273) − T∆S º ( 273)
∆H º (273) ≈ ∆G º (273)
debido a que T∆S º (273) → 0 ó es un valor pequeño
Kcal
Kcal
(273 K ) × 0,04
= 10,9
mol
mol
Errorexperimental de datos termodinámicos ± 1,0 Kcal
b) ∆Cp × ∆T de las reacciones
cal
∆Cp ≈ 2
mol K
∆T ≈ 2000 K
cal
Kcal
= 4000
=4
mol
mol
Corrección del efecto de temperatura y el error experimental
a)

B) Ejercicios propuestos
1.-

Calcular la variación con la temperatura, de la energía libre estándar de una
reacción (proceso isotérmico).
Obtención de la ecuación ∆Gº (T) para la formación del óxidode aluminio (alúmina)
a partir de los datos de la Figura 0.2, diagrama de Ellingham.

2.-

Calcular la presión parcial de oxígeno compatible con las fases aluminio y óxido de
aluminio, alúmina, a las temperaturas de 283 K y 1873 K. Interpretar los resultados
obtenidos.

Grupo de Siderurgia, Metalurgia y Materiales_______________________________________Universidad de Oviedo

3.-

Requerimientosenergéticos teóricos para la reducción directa del hierro hematites
(Fe2O3) por el carbono (vid. diagrama de Ellingham, Fig. 0.2).

4.-

Requerimientos energéticos para la obtención de hierro (acero) en horno eléctrico.

5.-

Comparar los resultados obtenidos en los ejercicios 3 y 4 con los reales consignados
en el libro de texto.
Datos:
Para el hierro, calor específico 0,15 cal./ ºC g. ; Calorlatente 3.600 cal./mol.

6.-

Requerimientos energéticos teóricos para la obtención de una tonelada de aluminio.
Compararlos con los reseñados en el libro de texto, tanto teóricos como reales.

7.-

Demostrar que el aluminio no puede obtenerse electrolíticamente a partir de
soluciones acuosas de alúmina , ya que la descomposición del agua y la evolución
catódica de hidrógeno antecederían a la...