A espontaneidade da redução do óxido de titânio pode ser analisada a partir das entalpias e entropias padrão das duas reações possíveis. Primeiro, calculam-se ΔHr∘ e ΔSr∘ para cada reação em 1000 K. Em seguida, usa-se a condição ΔGr∘=0 para determinar a temperatura mínima em que cada reação se torna espontânea. A menor dessas temperaturas será a temperatura mínima para a redução do TiOX2 pelo carbono.
Etapa 1.(a) Calcule a entalpia padrão de redução do
TiOX2 formando
CO, reação 1.
De ΔHr∘=∑produtosnΔHf∘−∑reagentesnΔHf∘, ΔHr,1∘=2ΔHf,CO(g)∘−ΔHf,TiOX2(s)∘ logo, ΔHr,1∘={2(−137)−(−940)}molkJ=+666 kJ⋅mol−1
Etapa 2.Calcule a entalpia padrão de redução do
TiOX2 formando
COX2, reação 2.
De ΔHr∘=∑produtosnΔHf∘−∑reagentesnΔHf∘, ΔHr,2∘=ΔHf,COX2(g)∘−ΔHf,TiOX2(s)∘ logo, ΔHr,2∘={(−394)−(−940)}molkJ=+546 kJ⋅mol−1
Etapa 3.(b) Calcule a entropia padrão de redução do
TiOX2 formando
CO, reação 1.
De ΔSr∘=∑produtosnSm∘−∑reagentesnSm∘, ΔSr,1∘=Sm,Ti(s)∘+2Sm,CO(g)∘−Sm,TiOX2(s)∘−2Sm,C(s)∘ logo, ΔSr,1∘={(20)+2(198)−(50)−2(6)}K⋅molJ=+354 J⋅K−1⋅mol−1
Etapa 4.Calcule a entropia padrão de redução do
TiOX2 formando
COX2, reação 2.
De ΔSr∘=∑produtosnSm∘−∑reagentesnSm∘, ΔSr,2∘=Sm,Ti(s)∘+Sm,COX2(g)∘−Sm,TiOX2(s)∘−Sm,C(s)∘ logo, ΔSr,2∘={(20)+(214)−(50)−(6)}K⋅molJ=+178 J⋅K−1⋅mol−1
Etapa 5.(c) Calcule a temperatura mínima na qual a reação 1 é espontânea.
No limite entre não espontaneidade e espontaneidade, ΔG∘=ΔH∘−TΔS∘=0 Logo, T1=ΔSr,1∘ΔHr,1∘=+354 K⋅molJ+666000 molJ=1880 K
Etapa 6.Calcule a temperatura mínima na qual a reação 2 é espontânea.
T2=ΔSr,2∘ΔHr,2∘=+178 K⋅molJ+546000 molJ=3070 K
Etapa 7.Determine a temperatura mínima para a redução do
TiOX2 pelo carbono.
A redução será possível na menor temperatura em que ao menos uma das duas reações se torne espontânea. Portanto, Tmıˊn=1880 K