Chimica inorganica - i complessi dei metalli

Estrazione dei metalli dai minerali

Prima del XX secolo

4000 a.C. Estrazione del rame (Cu) dai minerali mediante forni primitivi e processo di fusione attraverso riduzione con carbonio (C).

1000 a.C. Estrazione del ferro (Fe) dai minerali utilizzando forni a temperature più elevate, con processo di fusione tramite carbonio.

XX secolo

1900 d.C. Estrazione del magnesio (Mg) dai minerali con l'ausilio di forni elettrici e processo di fusione tramite carbonio.

1900 d.C. Estrazione dell'alluminio (Al) dai minerali attraverso riduzione elettrolitica.

Diagramma di Ellingham

ΔG₀ = - ΔG₀ < Diagramma di Ellingham G RT ln K G₀ K > 10Δd G₀ = -ΔS dT →

(s)C(s) + 2/x MO → 2/x M(l) + CO (g)x

ΔG₀ = ΔG₀ - ΔG₀ (C) G₀ (M)

ΔG₀ = ΔG₀ - ΔG₀ (M') G (M) → MO + M’ M + M’

Riduzioni metalliche

Riduzioni meno difficili

• Rame: Arrostimento-fusione => Estrazione pirometallurgica
• Riduzione in soluzione con H o rottami di Fe => Estrazione idrometallurgica
• Cu (aq) + H⁺ → Cu(s) + 2H⁺ (aq)

Riduzioni di difficoltà intermedia

• Ferro: Minerali di Fe => Altoforno
• Diagramma di Ellingham ≈ Riduzione con CO: T 600 °C
• Riduzione con C: T 1000 °C

Riduzioni più difficili

• Silicio: Forno elettrico
• Silicio purissimo: SiCl → Distillazione → Riduzione con H₂

Processo di Hall-Héroult

2Al₂O₃ + C T > 2000°C Processo di Hall-Héroult (elettrolitico, 1886)

ΔG = -nFE; ΔG = ΔG - ΔG (processo esterno) G n F E ext

ΔG = E ext nF

2/3 Al₂O₃ → 4/3 Al + O = 960 kJ (500 °C)

2960 kJ = E 2.5 V ext - 1×4 mol 96.49 kC mol

Altro

• SiO₂ Al₂O₃ Fe₂O₃ + soluzione acquosa di NaOH → (Si, Al no Fe)
• Neutralizzazione con CO → Al(OH)₃ (no silicati)
• Al(OH)₃ in criolite fusa (Na₃AlF₆) → Riduzione elettrolitica

Elementi estratti per ossidazione

• (2.2 V) (1.2 V) HF/KF (p.f. 72 °C) → Elettrolisi → F₂
• -2X + Cl → Br e I₂

Processo Claus

Al2O3 Fe2O3 + H2/H+
Zn2+/Zn
E0 = Potenziale di riduzione standard
ΔG = -nFE0

Potenziali standard di riduzione: SERIE ELETTROCHIMICA ΔG⁰ = + RT ln Q

ΔG₀ = -nFE = -nFE

Sovratensione: E⁰ > 0.6 V E⁰ < -0.6 V Fe Zn

Trasferimento di elettroni della sfera esterna: non comporta alterazioni della sfera di coordinazione

Trasferimento di elettroni della sfera interna: comporta alterazioni della sfera di coordinazione