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재료 열역학

엘링엄 도표에서 많은 금속의 산화 반응 2M(s) + O₂(g) → 2MO(s)의 ΔG° 직선이, 온도가 높을수록 ΔG°가 커지는(0에 가까워지는), 오른쪽 위로 올라가는 모양이 되는 주된 이유는 무엇인가?

  1. A기체인 O₂가 소비되어 고체 산화물이 되므로 ΔS°가 음이기 때문
  2. B온도가 오르면 산화 반응에서 방출되는 열 ΔH°가 커지기 때문
  3. C온도가 오르면 금속 속의 확산이 빨라져 산화 속도가 증가하기 때문
정답과 해설 보기

정답: A. 기체인 O₂가 소비되어 고체 산화물이 되므로 ΔS°가 음이기 때문

엘링엄 도표는 O₂ 1 mol당 산화물 생성의 ΔG° = ΔH° − TΔS°를 온도에 대해 그린 그림으로, ΔH°와 ΔS°가 거의 일정하면 직선의 기울기는 −ΔS°가 됩니다. 금속의 산화에서는 엔트로피가 큰 기체 O₂가 고체에 흡수되므로 ΔS°는 대략 −0.2 kJ/(mol·K) 안팎의 음의 값이 되고, 기울기는 양(오른쪽 위로 올라감)입니다. 즉 산화물은 고온일수록 불안정해집니다. ΔH°는 온도에 그다지 의존하지 않고, 직선의 높이를 정할 뿐입니다. 확산이나 산화의 속도는 반응 속도론의 이야기로, 평형의 ΔG°를 나타내는 엘링엄 도표의 기울기와는 관계가 없습니다. 금속이나 산화물이 융해·비등하는 온도에서는 ΔS°가 바뀌어 직선이 꺾입니다.

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