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2025-08-22T12:20:00Z

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'''氧化物自由能圖'''，閣稱'''埃林漢姆圖'''( 英語：Ellingham diagram )，是一種佇熱力學中用佇說明物質穩定性對溫度依賴性的圖表。這種的分析通常被用佇咧評估還原金屬氧化物佮硫化物的難易程度。這種圖表是由英國物理化學家哈羅德・埃林漢姆佇一九四四年上先製作，故得名埃林漢姆圖。佇冶金學中，氧化物自由能圖被用佇預測金屬，其氧化物佮氧間的平衡而且溫度—佇延伸使用中，猶閣包括金屬佮硫，氮佮其他非金屬的反應。這種圖表閣會當確定佇咧某種的條件後一種礦石敢會會予還原為其對應的金屬單質。這種分析佇本質上是熱力學的，就無注意化學動力學因素。所以，由氧化物自由能圖預計為順利進行的反應，其實際歷程可能會足慢。

==熱力學==

氧化物自由能圖，實際上是以下熱力學定律（熱力學第二定律）的圖像形式：一个反應，若是唯一布斯自由會當變，ΔG（伊的值等於 ΔH − TΔS）為負的時陣才會發生。其中 ΔH 是抹變，而且 ΔS 是抹變。

對每一个氧化反應，氧化物自由能圖共自由能變（ΔG）做因為因變量，溫度作為自變量。為著便於較，所有 ΔG 攏是指消耗仝款量的氧氣帶來的自由能變—— 有時是消磨一摩爾 O（即一 ⁄ 二摩爾 O
二 )；有時則是一摩爾 O
二。以頂面的圖為例，因為逐个反應消磨一摩爾 O，故標記做 Cr
二 O
三的圖線是講以下反應的 ΔG：三分之二 Cr ( s ) + 一 ⁄ 二 O
二 ( g ) → 一 ⁄ 三 Cr
二 O
三 ( s )。這个反應的自由能變是三氧化二閣生做自由能（ΔGf°）的一 ⁄ 三。

因為存在兩種氧化的產物，碳佇圖頂懸有兩條圖線：紅線是生做 CO 的反應：C ( s ) + 一 ⁄ 二 O
二 ( g ) → CO ( g )。因為反應中氣體數量增加，ΔS 為正，圖線趨率為負。發落去 CO 二的圖線（藍線）差不多是水平的，因為以下反應：C ( s ) + O
二 ( g ) → CO
二 ( g ) 的氣體分子數袂變，予得 ΔS 足細的。

因為這種分析是對純粹的 _ 熱力學 _ 之上，一个熱力學自發的反應，可能因為活化會當（EA）高而難以進行。

若準有兩種金屬佮氧氣共存，遐就會出現兩个平衡。ΔG 更加負的彼種金屬將會生做氧化物，另外一種會保持還原態。

==特徵==

一 . 佇圖內底，金屬氧化物的自由能圖像一般為一條趨率為正的直線。這趨率佮 ΔS 成正比，伊佇一定程度會當看做是一个袂凊彩溫度變化的常數。
二 . 佇圖內底，一種金屬的圖線愈低，則其氧化物的穩定性愈強。比如講，a-lú-mih 的圖線（氧化 a-lú-mih）就佇咧鐵（Fe
二 O
三）之下，所以會當用 a-lú-mih 熱煉鐵。
三 . 金屬氧化物的穩定性隨溫度的升而減細。遐的佇咧圖表頂懸的無穩定氧化物，如 Ag
二 O 和 HgO，受熱足𠢕分解的。
四 . 二氧化碳（CO
二）的生成自由能強欲是佮溫度無關係的，一氧化碳（CO）的生成自由能有負趨率，並且佇咧約七百 °C 處與 CO
二的線段相交。照起來 Boudouard 反應，一氧化碳是懸於七百 °C 時碳的主要氧化產物，並且溫度愈懸，還原能力愈強。
五 . 兩條線間的隔愈大，下跤彼條線對應的猶閣原劑的效力愈大。
六 . 兩條相交的線指示一个氧化-還原平衡。對一款指定的抑是原劑，干焦溫度傷懸交點溫度的時陣反應才會發生，因為這陣閣原劑的 ΔG 圖線才低於氧化物的。換言之，佇溫度傷低交點溫度的時陣，氧化物就算佇還原劑存在的時陣猶毋被還原，干焦懸這溫度會當予人還原。

===猶原劑的選擇===

佇咧工業過程內底，還原金屬不時咧用彼碳熱反應，也就是使用碳做還原劑的還原反應。其中的一个原因就是講碳能以煤按呢俗價形式來出現，並且小可仔加處理即可變做 gá-lah。而且，碳佮氧生成的氧化物是氣態的一氧化碳佮二氧化碳，所以伊的熱力學氧化過程佮金屬無仝：伊的氧化反應自由能變（ΔG）佇高溫（懸於七百 °C）下閣較負寡。由良的會當知影，碳會當做為一種工業用還原劑。通過利用這一性質，金屬的還原反應會當佇閣較低的溫度下進行。

==應用==

氧化物自由能圖常用著冶金工業中，因為這个圖對無仝的礦石選擇合適的抑是原劑來進行還原和提純。伊嘛予人用佇指導按怎對金屬內面徙掉痕量雜質。以下是幾个例。

===赤鐵礦抑是原劑的選用===

佇咧熔鐵礦石的過程當中，鐵礦石會佇咧高爐的頂懸予人還原，該處的溫度範圍差不多六百–七百 °C。按照氧化物自由能圖案的說明，這个時陣一氧化碳的還原性比碳閣較強。這是因為以下反應：
二 CO + O
二 → 二 CO
二的自由能變比以下反應較負：
二 C + O
二 → 二 CO .
按呢也就說明矣，是按怎佇咧高爐的頂懸部份，赤鐵礦會去予 CO（由高溫下底赤鐵礦佇高溫下無完全氧化產生）還原，就算是有碳的存在（就算實際上閣較濟的是動力學因素，即一氧化碳佮赤鐵礦的固定-氣反應比碳的固定-固反應進行的閣較緊）。

===三氧化二鉻的抑原-還原的缺陷===

佇氧化物自由能圖內底，反應二 C ( s ) + O
二 ( g ) → 二 CO ( g ) 圖線的斜率為負，而且最終降到所有金屬的圖線之下。所以，佇咧極懸的溫度之下，碳（理論上）會當成做所有的金屬氧化物的還原劑。猶毋過佇這款溫度之下，生成的閣會佮碳隨反應生成對應的碳化物，予得著的閣金屬有一寡人無愛有的性質。所以乎，對三氧化二閣的高溫熱還原，碳是袂使予人使用的。

===a-lú-mih 熱過程===

佇圖內底，a-lú-mih 的圖線位於鉻，鐵仔等大多數金屬的圖線之下。所以，a-lú-mih 會使做大多數金屬氧化物的還原劑，比如講以下的例：

便若消磨一 mol 氧氣，生做三氧化二鉻佮氧化 a-lú-mih 的自由能變分別為-五百四十 kJ 和-八仔二七 kJ 每摩爾。兩个過程的方程式為：

: $ { 四 \ over 三 } Cr _ { ( s ) } + O _ { 二 ( g ) } \ rightarrow { 二 \ over 三 } Cr _ { 二 } O _ { 三 } $ ( 一 )

: $ { 四 \ over 三 } Al _ { ( s ) } + O _ { 二 ( g ) } \ rightarrow { 二 \ over 三 } Al _ { 二 } O _ { 三 } $ ( 二 )

第二个方程減去第一个方程，得著：

: $ { 二 \ over 三 } Cr _ { 二 } O _ { 三 ( s ) } + { 四 \ over 三 } Al _ { ( s ) } \ rightarrow { 二 \ over 三 } Al _ { 二 } O _ { 三 } + { 四 \ over 三 } Cr $

: $ \ Delta G ^ { 零 }=被二百八十七 kJ $

因此氧化 a-lú-mih 比三氧化二閣較穩定（上無佇咧定溫度，而且事實上直到這兩者的分解溫度為止攏是按呢）。按呢來喔，因為總反應自由會當變做負責，故 a-lú-mih 能還原三氧化二鉻。

彼種佇燒冶學中，a-lú-mih 定佇咧 a-lú-mih 熱反應中用作閣，學的抑是原劑，對𪜶的氧化物中奪取氧來得著金屬單質。

==參見==

* 自由能-氧化數圖

==參考文獻==

==外部連結==

* 交互式氧化物自由能圖
* 氧化物自由能圖教程佮交互式表格（劍橋大學）

[[分類: 待校正]]

氧化物自由能圖 - 修訂紀錄

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