재료 열역학

1000℃에서 4/3 Al + O₂ → 2/3 Al₂O₃의 ΔG°를 −850 kJ/mol, 4/3 Cr + O₂ → 2/3 Cr₂O₃의 ΔG°를 −530 kJ/mol이라고 한다(둘 다 O₂ 1 mol당). 2/3 Cr₂O₃ + 4/3 Al → 2/3 Al₂O₃ + 4/3 Cr의 ΔG°와 반응이 진행되는 방향의 조합으로 옳은 것은 무엇인가? 모두 순물질이라고 한다.

  1. A−320 kJ/mol이며, 알루미늄이 Cr₂O₃를 환원하는 방향으로 진행된다
  2. B+320 kJ/mol이며, 식과 반대로 크롬이 Al₂O₃를 환원하는 방향으로 진행된다
  3. C−1380 kJ/mol이며, 알루미늄이 Cr₂O₃를 환원하는 방향으로 진행된다
정답과 해설 보기

정답: A. −320 kJ/mol이며, 알루미늄이 Cr₂O₃를 환원하는 방향으로 진행된다

구하는 반응은 Al₂O₃ 생성의 식에서 Cr₂O₃ 생성의 식을 뺀 것으로, O₂가 없어집니다. ΔG° = (−850) − (−530) = −320 kJ/mol로 음이므로, 알루미늄이 Cr₂O₃를 환원하여 금속 크롬이 생기는 방향으로 진행됩니다. 엘링엄 도표에서 Al₂O₃의 직선이 Cr₂O₃의 직선보다 아래에 있는 것에 대응하며, 알루미노테르밋법으로 금속 크롬을 만드는 원리입니다. +320 kJ/mol은 빼는 순서를 거꾸로 하여 부호를 잘못 붙인 값으로, Al₂O₃ 쪽이 안정하므로 크롬이 Al₂O₃를 환원하는 일은 없습니다. −1380 kJ/mol은 두 ΔG°를 더해 버린 값입니다.

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