Ellingham diagram data (엘링감 다이아그램)

1. 정의

반응의 깁스 자유 에너지(ΔG)는 열역학적 원동력(driving force) 척도로 반응을 발생합니다. ΔG에 대한 음수 값은 반응이 진행될 수 있음을 나타냅니다. 반면에, 양수 값은 외부 입력 없이 자발적으로 반응이 진행되지 않을 것임을 나타냅니다. 깁스 자유 에너지 방정식은 다음과 같습니다.
ΔG=ΔH-TΔS
여기서 ΔH는 엔탈피, T는 절대 온도, ΔS는 엔트로피입니다. 엔탈피(ΔH)는 반응이 일어날 때 방출되는 실제 에너지의 척도입니다(반응열). 만약, 음수이면 반응은 에너지를 방출하고 양수이면 반응에는 에너지가 필요합니다.
엔트로피(ΔS)는 제품의 무질서 가능성의 변화를 측정한 것입니다. 예를 들어,
반응물에 비해 예를 들어, 고체(정렬된 상태)가 액체(다소 덜 정돈된 상태)로 반응하거나 기체(매우 무질서한 상태)를 형성하기 위해서는 엔트로피는 반응을 위해 매우 큰 양수로 변합니다.

2. 엘링감 다이어그램(Ellingham Diagram) 작성

Ellingham 다이어그램은 ΔG 대 온도의 그래프입니다. ΔH와 ΔS는 상변화가 없다면 본질적으로 온도에 따라 일정합니다. , 자유 에너지 대 온도 그래프는 직석으로 그려질 수 있습니다. 여기서 ΔS는 기울기이고 ΔH는 y절편입니다. 어떤 재료가 녹거나 기화할 때 선의 기울기가 변경됩니다.
대부분 금속 산화물에 대한 형성의 자유 에너지는 그래프 상단의 ΔG=0이고 표시된 ΔG 값은 모두 음수입니다. 금속 또는 산화물이 녹거나 기화하는 온도가 다이어그램에 표시됩니다.

♧ 필자 견해 ♧

엘링감 다이어그램(Ellingham Diagram)은 각 산화물에 대해 상대적인 산화가 누가 더 강한지 확인할 수 있는 자료로써 참고할 만하다. 가령, 귀금속과 같은 Au, Ag, Pt, Pd의 경우, 깁스 자유 에너지가 높아 산화가 어렵거나 오랜 시간이 필요하며, Ca, Mg, Li과 같은 희토류 금속의 경우, 깁스 자유 에너지가 낮으며 급격한 산화가 발생하게 된다. 또한 탄소를 제외하고 높은 온도에서 산화가 더 잘 발생할 수 있음을 알 수 있다. 

 

 

반응형

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1. Definitions

The Gibbs free energy (ΔG) of a reaction is a measure of the thermodynamic driving force that
makes a reaction occur. A negative value for ΔG indicates that a reaction can proceed
spontaneously without external inputs, while a positive value indicates that it will not. The
equation for Gibbs free energy is:
where ΔH is the enthalpy, T is absolute temperature, and ΔS is entropy.
The enthalpy (ΔH) is a measure of the actual energy that is liberated when the reaction occurs (the
“heat of reaction”). If it is negative, then the reaction gives off energy, while if it is positive the
reaction requires energy.
The entropy (ΔS) is a measure of the change in the possibilities for disorder in the products
compared to the reactants. For example, if a solid (an ordered state) reacts with a liquid (a
somewhat less ordered state) to form a gas (a highly disordered state), there is normally a large
positive change in the entropy for the reaction.

2. Construction of an Ellingham Diagram

An Ellingham diagram is a plot of ΔG versus temperature. Since ΔH and ΔS are essentially
constant with temperature unless a phase change occurs, the free energy versus temperature plot
can be drawn as a series of straight lines, where ΔS is the slope and ΔH is the y-intercept. The
slope of the line changes when any of the materials involved melt or vaporize.
Free energy of formation is negative for most metal oxides, and so the diagram is drawn with
ΔG=0 at the top of the diagram, and the values of ΔG shown are all negative numbers.
Temperatures where either the metal or oxide melt or vaporize are marked on the diagram.

 

 

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3. Ellingham Diagrams

Stanley M. Howard, SD School of Mines and Technology
Standard Gibb's Energies of Formation for
Bromides
Chlorides
Fluorides
Hydrides
Iodides
Nitrides
Oxides
Sulfides
Selenides
Tellurides
The figures include nomographs for equilibrium partial pressures.
Data sources:
1) Thomas B. Reed, Free Energy of Formation of Binary Compounds,
MIT Press, Cambridge, MA, 1971.
2) D. R. Stull and H. Prophet, JANAF Thermochemical Tables,
NSRDS-NBS 37, U.S. Dept of Commerce, National Bureau of Standards, 1971
This is an Internet Resource for MET 320 - Metallurgical Thermodynamics.

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