Thermodynamik der Werkstoffe

Bei 1000 K seien ΔG° von 2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(g) gleich −385 kJ/mol und ΔG° von 2Ni(s) + O₂(g) → 2NiO(s) gleich −298 kJ/mol. Nickel wird in einem H₂–H₂O-Gasgemisch geglüht. Welcher Wert kommt dem Partialdruckverhältnis pH₂O/pH₂ am nächsten, bei dem Ni und NiO im Gleichgewicht stehen (ist das Verhältnis kleiner, wird Ni nicht oxidiert)? Die Gaskonstante sei 8,314 J/(mol·K), Ni und NiO seien reine Festkörper.

  1. AEtwa 5,3×10⁻³
  2. BEtwa 190
  3. CEtwa 3,5×10⁴
Lösung und Erläuterung anzeigen

Lösung: B. Etwa 190

Die Differenz der beiden Gleichungen ergibt 2Ni + 2H₂O → 2NiO + 2H₂ mit ΔG° = (−298) − (−385) = +87 kJ/mol. Im Gleichgewicht gilt ΔG° = −RT ln K mit K = (pH₂/pH₂O)², also (pH₂O/pH₂)² = exp(87000/(8,314 × 1000)) = exp(10,46) ≈ 3,5×10⁴ und pH₂O/pH₂ ≈ 190. Ist der Wasserdampfpartialdruck kleiner als etwa das 190-Fache des Wasserstoffpartialdrucks, wird Ni nicht oxidiert. Etwa 3,5×10⁴ entsteht, wenn übersehen wird, dass H₂ und H₂O mit je 2 mol in der Gleichung stehen, und keine Wurzel gezogen wird; etwa 5,3×10⁻³ ist das umgekehrte Verhältnis pH₂/pH₂O.

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