Riduzione termica: alluminotermia, magnesiotermia

Una reazione di riduzione termica è una reazione di scambio semplice in cui un composto metallico quale un ossido o un alogenuro si trasforma in metallo in presenza di un metallo che ha un potenziale normale di riduzione minore con svolgimento di calore.

I processi che utilizzano una reazione di riduzione termica sono classificati sulla base del metallo che si ossida come, ad esempio, l’alluminotermia e la magnesiotermia.

Questi processi presentano il vantaggio di ottenere metalli con un grado di purezza maggiore di quanto non avvenga quando si utilizza il carbonio quale riducente. Inoltre il calore prodotto dalla reazione può essere a sua volta utilizzato. Il carbonio infatti ha una elevata affinità nei confronti di molti metalli e il suo utilizzo può portare alla formazione di prodotti indesiderati quali i carburi.

Alluminotermia

Nel 1898 il chimico tedesco Hans Goldschmidt scoprì che l’alluminio poteva essere utilizzato quale riducente per l’ottenimento di alcuni metalli mettendo a punto l’alluminotermia. Attraverso questa tecnica sono stati ottenuti, dai loro composti, metalli puri come il cromo, il manganese. Si ottengono inoltre alcune leghe metalliche come leghe cromo-alluminio, titanio-alluminio, ferro-cromo, ferro-molibdeno, ferro-titanio e ferro-tungsteno.

Una riduzione termica in cui l’alluminio può esser utilizzato quale riducente può essere rappresentata come:
ossido metallico + Al → metallo + Al₂O₃

Il processo alluminotermico più noto è la reazione denominata termite che avviene tra ossido di ferro (III)  e l’alluminio in povere con ottenimento di ossido di alluminio e ferro:
2 Al_(s) +Fe₂O_3(s)  → Al₂O_3(s) + 2 Fe_(l)

Magnesiotermia

Il processo di riduzione termica attraverso il quale possono essere ottenuti metalli utilizzando il magnesio quale riducente maggiormente utilizzato è quello di ottenimento dell’uranio a partire dal tetrafluoruro di uranio secondo la reazione:
2 Mg + UF₄ ^→  2 MgF₂ + U

Il calore sviluppato da questa reazione altamente esotermica consente ai prodotti di fondere per formare sul fondo del crogiolo il lingotto di uranio.  La scoria surnatante, contenente essenzialmente fluoruro di magnesio, si solidifica nella parte superiore rendendo possibile la separazione.

Un’altra reazione in cui il magnesio viene utilizzato quale riducente è quella tra l’ossido di titanio e il magnesio in cui si ottiene titanio e ossido di magnesio:
2 Mg + TiO₂ → 2 MgO + Ti