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材料熱力學

在Ellingham圖中，大多數金屬的氧化反應 2M(s) + O₂(g) → 2MO(s) 的ΔG°直線，溫度越高ΔG°越大（越接近0），呈右上升，其主要原因為下列何者？

  1. A氣體O₂被消耗而成為固體氧化物，因此ΔS°為負
  2. B溫度升高時，氧化反應放出的熱ΔH°變大
  3. C溫度升高時，金屬中的擴散變快，氧化速率增加
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正確答案：A. 氣體O₂被消耗而成為固體氧化物，因此ΔS°為負

Ellingham圖是把每1 mol O₂的氧化物生成 ΔG° = ΔH° − TΔS° 對溫度作圖，若ΔH°與ΔS°大致一定，直線的斜率就是 −ΔS°。金屬氧化時，熵很大的氣體O₂被納入固體中，因此ΔS°為約 −0.2 kJ/(mol·K) 左右的負值，斜率為正（右上升）。也就是說，氧化物在越高溫越不穩定。ΔH°幾乎不隨溫度改變，只決定直線的高低。擴散與氧化的快慢屬於反應動力學，與表示平衡ΔG°的Ellingham圖的斜率無關。在金屬或氧化物熔化、沸騰的溫度，ΔS°會改變，直線因而出現轉折。

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