Diagramme d'Ellingham

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
Aller à : navigation, rechercher

En chimie et en métallurgie, le diagramme d'Ellingham, ou diagramme d'Ellingham-Richardson, permet de prévoir les équilibres entre un métal et ses oxydes en fonction de la température et de la pression, ainsi que de connaître les réactions d'oxydoréduction thermodynamiquement possibles entre deux espèces. Ces diagrammes ont été pour la première fois construit par Harold Ellingham en 1944[1].

Les diagrammes d'Ellingham sont utilisés pour prévoir les températures d'équilibres pour des métaux, leurs oxydes et l'oxygène et par extension avec des sulfures, de l'azote ainsi que d'autres éléments chimiques. Les analyses des diagrammes d'Ellingham sont uniquement thermodynamique, les vitesses de réaction n'entrant pas en compte. Des réactions qui peuvent avoir lieu selon ces diagrammes peuvent être également très lentes.

Thermodynamique[modifier | modifier le code]

Principe du diagramme d'Ellingham-Richardson

Le diagramme d'Ellingham représente l'enthalpie libre standard de formation d'un oxyde à partir d'un métal ou d'un oxyde inférieur en fonction de la température. L'équation bilan est ramenée à la consommation d'une mole de dioxygène, même si d'autres coefficients sont fractionnaires. Pour la formation de l'oxyde du chrome (III) par exemple, les données réfèrent à l'équation

{4 \over 3} Cr_{(s)} + O_{2(g)} \rightarrow {2 \over 3} Cr_2O_3{(s)}

Le diagramme utilise la seconde loi de la thermodynamique, \Delta G = \Delta H - T\Delta S et l'approximation d'Ellingham.

Au-dessus de la droite d'Ellingham, il y a prédominance de l'oxydant, et au-dessous, du réducteur ; l'affinité chimique de la réaction étant nulle sur la droite elle-même.

Lorsqu'il y a plusieurs métaux, celui dont la droite d'Ellingham est au-dessous réduit celui qui est au-dessus : on utilise souvent le monoxyde de carbone, une des rares espèces dont la pente dans le diagramme est négative (réducteur universel) : plus la température est élevée, plus il s'avère bon réducteur vis-à-vis d'oxydes métalliques.

On peut aussi tracer des abaques sur le diagramme d'Ellingham, permettant d'étudier le rôle de la pression en dioxygène sur la réaction en fonction de la température ; et de noter que dans ces conditions, la majorité des métaux sont attaqués à pression et température ambiante.

Utilisation[modifier | modifier le code]

Le principal domaine d'application des diagrammes d'Ellingham est la métallurgie extractive où ils aident à choisir le bon réducteur pour extraire un minerai. Ils permettent également d'aider à la purification des métaux.

Références[modifier | modifier le code]

  1. Ellingham, H. J. T. (1944), J. Soc. Chem. Ind. (London) 63: 125