Karbotermicznej reakcji jest reakcja chemiczna , która składa się redukcji przez węgla , z tlenków metali w ogóle. Reakcje te najczęściej zachodzą w temperaturze kilkuset stopni Celsjusza . Umożliwiają uzyskanie czystych form - prostych brył - wielu pierwiastków chemicznych . Jednak nie wszystkie metale można zredukować w ten sposób, a taką możliwość można wywnioskować z ich diagramu Ellinghama : w ten sposób sód i potas nie nadają się do tej reakcji.
W wyniku reakcji karbotermicznych powstaje tlenek węgla CO, a czasem dwutlenek węgla CO 2. Łatwość tych przemian można przypisać entropii reakcji: dwie substancje stałe, tlenek metalu i węgiel, reagują z wytworzeniem ciała stałego, metalu i gazu, tlenku węgla, przy czym ten ostatni ma wysoką entropię. Ciepło jest niezbędne, aby umożliwić reakcję dwóch ciał stałych między nimi poprzez wspomaganie ich dyfuzji.
Charakterystyczna przykład reakcji karbotermicznej redukcji, wraz z wytapiania , z rudy żelaza przez spalanie z koksu w piecach do produkcji surówki . Jednocześnie zachodzi tam wiele reakcji, a za redukcję tlenku żelaza do metalicznego żelaza odpowiada tlenek węgla (CO) w stanie gazowym. Jednak ogólne równanie redukcji tlenku żelaza przez węgiel można zapisać w uproszczony sposób w następujący sposób:
2 Fe 2 O 3+ 3 C ⟶ 4 Fe + 3 CO 2.Na mniejszą skalę, rzędu miliona ton fosforu jest wytwarzane każdego roku poprzez redukcję karbotermiczną. Z fosforanu wapnia Ca 3 (PO 4 ) 2ogrzewa się od 1200 do 1500 ° C z piasku , składający się głównie z ditlenku krzemu SiC 2iz koksem do produkcji fosforu białego P 4. Uproszczona reakcja tego procesu z fluorapatytu Ca 5 (PO 4 ) 3 F. jest napisane w następujący sposób:
4 Ca 5 (PO 4 ) 3 F.+ 18 SiO 2+ 30 C → 3 P 4+ 30 CO + 18 CaSiO 3+ 2 CaF 2.Proces Leblanc stosowane XIX p wieku przed wypierane przez procesu Solvaya był obejmuje chemiczną termo-redukcji siarczanu sodu Na 2 SO 4przez węgiel w nieobecności tlenu:
Na 2 SO 4+ 2 C → Na 2 S+ 2 CO 2.Siarczek sodu Na 2 STak otrzymaną mieszaninę następnie traktowano węglanem wapnia CaCO 3w celu uzyskania siarczku wapnia CaS i węglanu sodu Na 2 CO 3 Badania.
Na 2 S+ CaCO 3 → CaS+ Na 2 CO 3Reakcje karbotermiczne można łączyć z innymi reakcjami. Tak jest na przykład w przypadku procesu chlorkowego (en) w celu oddzielenia tytanu z ilmenitu FeTiO 3, jego główny minerał . W tym procesie mieszanina węgla i sproszkowanej rudy jest podgrzewana do 1000 ° C w strumieniu chloru Cl 2tworząc czterochlorek tytanu TiCl 4 :
2 FeTiO 3+ 7 Cl 2+ 6 C → 2 TiCl 4+ 2 FeCl 3+ 6 CO .Tytan jest jednym z metali, w przypadku których reakcja karbotermiczna nie daje czystego metalu, ale węglik . Węgliki powstają również podczas przetwarzania tlenku chromu (III) Cr 2 O 3z węglem o wysokiej temperaturze; z tego powodu aluminium jest używane w tym przypadku jako środek redukujący.