Diagramm, in dem die Standard-Gibbs-Energie der Bildung von Oxiden und ähnlichen Verbindungen, bezogen auf 1 mol O₂, über der Temperatur aufgetragen ist. Je tiefer die Linie eines Metalls liegt, desto stabiler ist das Oxid, das es bildet.
Japanische Bezeichnung: エリンガム図
„Ellingham-Diagramm“ kommt in 4 Übungsfragen aus 1 Thema vor, darunter Thermodynamik der Werkstoffe.
Fachgebiet: Thermodynamik der Werkstoffe
Lösung: A. Gasförmiger O₂ wird verbraucht und in ein festes Oxid eingebaut, sodass ΔS° negativ ist
Das Ellingham-Diagramm stellt ΔG° = ΔH° − TΔS° für die Bildung von Oxiden je 1 mol O₂ über der Temperatur dar; sind ΔH° und ΔS° nahezu konstant, ist die Steigung der Geraden −ΔS°. Bei der Oxidation von Metallen wird das entropiereiche Gas O₂ in einen Festkörper eingebaut, sodass ΔS° mit etwa −0,2 kJ/(mol·K) negativ und die Steigung positiv ist (die Gerade steigt an). Oxide werden also mit steigender Temperatur instabiler. ΔH° hängt kaum von der Temperatur ab und bestimmt nur die Lage der Geraden. Diffusion und Oxidationsgeschwindigkeit gehören zur Reaktionskinetik und haben nichts mit der Steigung im Ellingham-Diagramm zu tun, das das ΔG° des Gleichgewichts darstellt. Bei den Schmelz- und Siedetemperaturen von Metall oder Oxid ändert sich ΔS°, und die Gerade knickt ab.
Lösung: C. Da die Gasmenge von 1 mol auf 2 mol zunimmt, ist ΔS° positiv; sie fällt nach rechts ab, und die Reduktionskraft des Kohlenstoffs wird mit steigender Temperatur stärker
Bei 2C + O₂ → 2CO nimmt die Gasmenge von 1 mol O₂ auf 2 mol CO zu, sodass ΔS° positiv ist (etwa +0,18 kJ/(mol·K)) und die ΔG°-Gerade nach rechts abfällt. Mit steigender Temperatur liegt die CO-Gerade daher unter den Geraden vieler Metalloxide, und Kohlenstoff kann diese Oxide reduzieren. Deshalb lässt sich Eisenerz im Hochofen mit Koks reduzieren. Bei C + O₂ → CO₂ ändert sich die Zahl der Gasmoleküle nicht, ΔS° ist nahezu 0, und die Gerade dieser Reaktion verläuft nahezu waagerecht. Ansteigend verläuft die Gerade bei der Oxidation von Metallen, bei der gasförmiger O₂ in einen Festkörper eingebaut wird.
Das Ellingham-Diagramm stellt ΔG° = ΔH° − TΔS° für die Bildung von Oxiden je 1 mol O₂ über der Temperatur dar; sind ΔH° und ΔS° nahezu konstant, ist die Steigung der Geraden −ΔS°.
Im Ellingham-Diagramm steigen die ΔG°-Geraden für die Oxida…Das entspricht der Lage der Al₂O₃-Geraden unterhalb der Cr₂O₃-Geraden im Ellingham-Diagramm und ist das Prinzip der Herstellung von metallischem Chrom durch Aluminothermie.
Bei 1000 °C seien ΔG° von 4/3 Al + O₂ → 2/3 Al₂O₃ gleich −8…Aktivität Chemisches Potential Gibbs-Energie Gleichgewichts-Sauerstoffpartialdruck Mischungsentropie Reguläre Lösung Spinodale Entmischung