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재료 열역학

1000 K에서 2Ni(s) + O₂(g) → 2NiO(s)의 ΔG°가 −298 kJ/mol이다. Ni과 NiO가 공존하는 평형 산소 분압에 가장 가까운 것은 무엇인가? Ni과 NiO는 순수한 고체(활동도 1), 표준 압력을 1 bar, 기체 상수를 8.314 J/(mol·K), ln 10 = 2.303으로 한다.

  1. A약 1×10⁻³⁶ bar
  2. B약 2×10⁻⁸ bar
  3. C약 3×10⁻¹⁶ bar
정답과 해설 보기

정답: C. 약 3×10⁻¹⁶ bar

평형에서는 ΔG = ΔG° + RT ln(1/pO₂) = 0이므로 ΔG° = RT ln pO₂입니다. log pO₂ = ΔG°/(2.303RT) = −298000/(2.303 × 8.314 × 1000) ≈ −15.6이 되어 pO₂ ≈ 3×10⁻¹⁶ bar입니다. 분위기의 산소 분압이 이보다 높으면 Ni은 산화되고, 낮으면 NiO는 환원됩니다. 약 1×10⁻³⁶ bar는 ΔG°/RT ≈ −35.8을 자연로그가 아니라 상용로그의 값으로 혼동한 것입니다. 약 2×10⁻⁸ bar는 NiO 1 mol당 ΔG°(−149 kJ/mol)를, pO₂의 지수 1/2을 빠뜨리고 RT ln pO₂와 같다고 한 값입니다.

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