Carbotermiske reaktioner involverer reduktion af stoffer, ofte metaloxider, under anvendelse af kulstof som reduktionsmiddel. Disse kemiske reaktioner udføres normalt ved temperaturer på flere hundrede grader Celsius. Sådanne processer bruges til at lave elementære former af mange elementer. Carbotermiske reaktioner er ikke nyttige for nogle metaloxider, såsom natrium og kalium. Metallers evne til at deltage i carbotermiske reaktioner kan forudsiges ud fra Ellingham-diagrammer .
Carbotermiske reaktioner producerer kulilte og nogle gange kuldioxid. Muligheden for disse transformationer forklares ved reaktionens entropi: to faste stoffer, metaloxid og kulstof, omdannes til et nyt fast stof (metal) og gas (CO), hvor sidstnævnte har en høj entropi. Varme er påkrævet til carbotermiske reaktioner, fordi diffusionen af de reagerende faste stoffer ellers er langsom.
Et bemærkelsesværdigt eksempel er smeltning af jernmalm . Mange reaktioner er involveret, men en forenklet ligning er normalt gengivet som:
2 Fe203 + 3C → 4Fe + 3CO2
I en mere beskeden skala produceres omkring 1 million tons elementært fosfor årligt ved kulstoftermiske reaktioner. Calciumphosphat (fosfatsten) opvarmes til 1200-1500 °C med sand, hovedsageligt SiO
og koks (urent kulstof) til fremstilling af P.
Den kemiske ligning for denne proces, når den køres med fluorapatit, et almindeligt fosfatmineral, er:
Ca5(PO)3F + 18SiO
2 + 30°C → 3P
4 + 30CO + 18CaSiO
3+2CaF
2
Af historisk interesse er Leblanc-processen . Nøgletrinet i denne proces er reduktionen af natriumsulfat med trækul: [3]
Na2S04 + 2C → Na2S + 2CO2
Na2S behandles derefter med calciumcarbonat til fremstilling af natriumcarbonat, et kommercielt kemikalie.
Nogle gange er carbotermiske reaktioner forbundet med andre transformationer. Et eksempel er chloridprocessen til at adskille titanium fra ilmenit, titaniums hovedmalm. I denne proces opvarmes en blanding af kulstof og knust malm til 1000 °C i en strøm af klorgas, hvilket producerer titantetrachlorid:
2 FeTiO3 + 7Cl2 + 6C → 2TiCl4 + 2FeCl3 + 6CO
For nogle metaller producerer carbotermiske reaktioner ikke metallet, men producerer i stedet metalcarbid. Denne adfærd observeres for titanium, derfor anvendes chloridprocessen. Carbider dannes også under højtemperaturbehandling af Cr2O3 med kulstof. Af denne grund bruges aluminium som reduktionsmiddel.