什么是埃林汉姆图(Ellingham diagram)?还有它的局限性

时间:2021-04-15 08:51:06   作者:
热力学有助于理解氧化物热还原所需的温度变化,并预测哪种元素适合作为给定金属氧化物的还原剂。吉布斯能是金属萃取过程中最重要的热力学项。

对于自发反应,吉布斯能的变化量(G,必须是负的。对于给定温度下的任何过程,∆G由方程给出:

∆G =∆H- T∆S


其中,∆H =焓变,绝对温度,∆S =反应过程中的熵变。

用1克氧、硫(或)卤素分子形成金属的氧化物、硫化物(或)卤化物时,吉布斯能随温度的变化曲线。这种图形表示被称为艾林厄姆图。

这些图有助于确定将给定的金属氧化物还原为金属的相对容易程度,也有助于预测矿石热还原的可行性。

什么是埃林汉姆图(Ellingham diagram)?还有它的局限性

艾林厄姆图通常由生成氧化物的吉布斯能随温度变化的曲线图组成。氧化物的埃林厄姆图有几个重要的特点。

(i)大多数金属对金属氧化物反应的图表显示为正斜率。

例如:2M + O2→2MO。

(ii)在这个反应中,由于气体的消耗,熵(或)随机性从左到右减小。因此,∆S变为负的。如果温度升高,那么T∆S变得更负。所以,∆G变得不那么负了。

吉布斯能量变化沿直线,除非材料熔化(或)蒸发。发生这种变化的温度是由正边斜率的增加来表示的。

(iii)当温度升高时,曲线与∆G为零线交点。在这个温度下,氧化物的生成自由能是负的,所以氧化物是稳定的。在这个温度以上,氧化物的生成自由能为正电,氧化物变得不稳定,将分解成金属和二氧。

在埃林厄姆图中,任何一种金属都会减少其上方另一种金属的氧化物。Ex: Al在白蚁反应中降低FeO、CrO和NiO,而Al在1500℃以下的温度下不降低MgO。
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