Fe - Didattica on line

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Lezione 24 –
Processi termochimici
nell’industria, ovvero
ossidazione ed energia
1. Riduzione del minerale di ferro nell’altoforno
Il ferro è il metallo più abbondate nella crosta terrestre dopo l’alluminio.
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
squamoso e permeabile di idrossido ferrico idrato Fe(OH)3·H2O (ruggine).
4Fe(s) + 3O2 + 10H2O → 4 Fe(OH)3·H2O
->strato passivante di ossido con il minio, Pb3O4
->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 H2, per esempio:
Fe + 2HCl  FeCl2 + H2
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.
Riduzione del ferro dagli ossidi
Fe2O3 + 3H2(gas)  2Fe + 3H2O(gas)
Fe2O3 + 2Al  2Fe + Al2O3
o mediante deposizione elettrolitica da soluzioni di solfato ferroso
[-] Fe++ + 2e- 
Fe(s)
2C + O2  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 Fe2O3 a metallo :
Fe2O3 + 3CO  2Fe + 3CO2
Lo strato sovrastante però trasforma CO2 in CO secondo l'equilibrio di Bouduard
CO2 + C  2CO
il CO riduce il ferro nello strato sovrastante e così via.
Una parte del carbonio riduce direttamente il ferro
Fe2O3 + 3C(solido)  2 Fe(s) + 3CO(gas)
Il silicio, elemento chiave nell'elettronica, è presente in natura solo
come ossido..che fare?
SiO2 + 6 HF
 H2SiF6 + 2 H2O
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 + H2O 
Na2SiO3 + 2 H2(gas)
All'aria brucia solo dopo i 1000°C :
Si + O2  SiO2
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 :
SiO2 + 3 C 
SiC + 2 CO(gas)
Il silicio puro: reazione ad alta temperatura con Al (alluminotermia):
3 SiO2 + 4 Al 
3 Si + 2 Al2O3
seguita da una separazione finale con acido cloridrico, in cui il Si è insolubile.
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) :
SiO2 + 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
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 AuCl4-.
Au + HNO3 + 4 HCl  AuCl4- + NO(gas) + 2H2O + H+
Pt
Pt si scioglie solo in acqua regia come acido esacloroplatinico H2PtCl6.
3 Pt + 4 HNO3 + 18 HCl  3 H2PtCl6 + 4 NO(gas) + 8 H2O
Nei cosiddetti catalizzatori a tre vie, vengono catalizzate le seguenti reazioni nei gas di
scarico dell’autoveicolo, che a tale scopo devono contenere una piccola percentuale di
ossigeno libero (O2). La temperatura ottimale deve essere tra 400 e 500°C
2 NO  N2 + O2
2 CO + O2  2 CO2
CnH2n+2 (idrocarburi incombusti) + (3n+1)/2 O2  n CO2 + (n+1)H2O (gas)

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