Карботермические реакции включают восстановление веществ, часто оксидов металлов, используя углерод в качестве восстановителя. Эти химические реакции обычно проводятся при температуре в несколько сотен градусов Цельсия. Такие процессы применяются для изготовления свободных химических элементов. Карботермические реакции бесполезны для некоторых оксидов, чаще всего, оксидов активных металлов (оксида натрия, калия, лития и иных). Способность металлов участвовать в карботермических реакциях можно предсказать из диаграмм Эллингема.
Карботермические реакции производят оксид углерода(II), и, иногда, оксид углерода(IV) . Возможность этих преобразований объясняется энтропией реакции: два твердых вещества, оксид металла и углерод, превращаются в новое твердое вещество (металл) и газ (СО), причем последнее имеет высокую энтропию. Тепло требуется для карботермических реакций, потому что в противном случае диффузия реагирующих твердых веществ идет медленно.
Ярким примером является плавка железной руды. Многие реакции участвуют, но упрощенное уравнение обычно отображается как:
В более скромных масштабах около 1 миллиона тонн элементарного фосфора производится ежегодно карботермическими реакциями. Фосфат кальция (фосфатная порода) нагревают до 1200–1500 ° C с помощью песка (преимущественно состоящего из оксида кремния(IV)) и кокса (нечистого углерода).
Химическое уравнение для этого процесса при запуске с фторапатитом, обычным фосфатным минералом, имеет вид:
Исторический интерес представляет процесс Леблана. Ключевым этапом в этом процессе является восстановление сульфата натрия углем: [3]