Diagramme d'Ellingham

Principe du diagramme d'Ellingham-Richardson

Le diagramme d'Ellingham représente la variation d'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

${\displaystyle {4 \over 3}\mathrm {Cr} _{(s)}+\mathrm {O} _{2(g)}\rightarrow {2 \over 3}\mathrm {Cr} _{2}\mathrm {O} _{3}{(s)}}$

Le diagramme utilise la relation :

ΔG = ΔH – TΔS

et l'approximation d'Ellingham selon laquelle ΔH et ΔS ne varient pas en fonction de température.

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.

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.