wykres Ellinghama

 

Wykres Ellinghama pokazuje zmiany w wolnej energii specyficznych reakcji, które zależą od temperatury (Rys. 1.). Jest przydatny do określania optymalnych temperatur dla danej reakcji. Służy na przykład do analizy redukcji rud metali . Metale można otrzymywać poprzez redukcję ich tlenków węglem lub tlenkiem węgla, gdy równowaga jednego z poniższych procesów jest przesunięta w prawą stronę, czyli gdy K > 1. MO(s) + C(s) --> M(s) + CO(g) MO(s) + 1/2C(s) --> M(s) + 1/2CO2 (g) MO(s) + CO(g) --> M(s) + CO2 (g) Zależności standardowych entalpii swobodnych reakcji od temperatury uwarunkowane są wartościami ich entropii zgodnie z wzorem ∆rG°dT = -∆rS°. W reakcjach, w których następuje wypadkowy wzrost ilości gazu, standardowa entropia reakcji ma dużą wartość dodatnią, dlatego też∆rG° silnie maleje ze wzrostem temperatury (Rys. 1. reakcja nr 3). W reakcjach, w których następuje spadek ilości gazu, a tym samym niska wartość entropii, ∆rG° rośnie ze wzrostem temperatury (Rys. 1. reakcja nr 4). Możliwe jest także, że ilość gazu nie zmienia się co z kolei daje informacje o małych wahaniach entropii, a w konsekwencji nieznacznej zmiany ∆rG° w stosunku do wzrastającej temperatury(Rys. 1. reakcja nr 2). Należy pamiętać, że w temperaturze pokojowej entalpia reakcji ma dominujący wpływ na ∆rG° ponieważ człon T∆rS° jest względnie mały. Fakt ten pozwala uszeregować wzrost ∆rG° na takiej samej zasadzie jak ∆rH°, dlatego też tworzenie CaO jest procesem najbardziej egzotermicznym, aAg2O najmniej. Standardowa entropia reakcji różnych tlenków metali jest porównywalna dla wszystkich metali, ponieważ w każdej z nich gazowy tlen jest usuwany, a powstający tlenek jest zwartym ciałem stałym. Pozwala to na stwierdzenie, że temperaturowe zależności standardowych entalpii swobodnych dla reakcji utleniania powinny mieć podobny przebieg dla wszystkich metali, o czym świadczy też nachylenie linii na diagramie. Załamania krzywych pojawiające się w wyższej temperaturze odpowiadają parowaniu metali. Natomiast załamania słabiej zaznaczone świadczą o topnieniu metali bądź ich tlenków. Za skutecznością redukcji tlenku przemawiają reakcje konkurencyjne pomiędzy wiązaniem się tlenu z węglem, a metalem. Wykorzystując reakcje podane pod wykresem można opisać standardowe entalpie swobodne redukcji za pomocą ich standardowych entalpii swobodnych. MO(s) + C(s) --> M(s) + CO(g) ---------------- ∆rG° =∆rG°(3) - ∆rG°(1) MO(s) + 1/2C(s) --> M(s) + 1/2CO2 (g) ---------------- ∆rG° = ∆rG°(2) - ∆rG°(1) MO(s) + CO(s) --> M(s) + CO2 (g) ---------------- ∆rG° = ∆rG°(4) - ∆rG°(1) Gdy ∆rG°>0, równowaga reakcji jest przesunięta w lewo. Dotyczy to przypadków, w których linia reakcji  nr 1 leży poniżej linii opisującej jedną z reakcji od 2 do 4. Natomiast samorzutność reakcji redukcji w dowolnej temperaturze można wywnioskować z innej cechy diagramu. Tlenki metalu redukują się w każdej reakcji z węglem, w której linia ∆rG° leży wyżej niż linia reakcji od 2 do 4 dlatego, że wtedy dla sumarycznej reakcji ∆rG°<0. Dla przykładuZnO można zredukować węglem do Zn dopiero powyżej 1500°C, natomiast Ag2O ogrzany powyżej200°C ulega rozkładowi nawet bez obecności węgla ponieważ standardowa entalpia swobodna reakcji nr 1 staje się dodatnia .      Atkins P. W.; Chemia fizyczna; Wydawnictwo naukowe PWN; Warszawa 2001      Ellingham diagram; Wikipedia.org, the free encyclopedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Ellingham_diagram

Rys. 1.