Các đặc trưng của biểu đồ Biểu_đồ_Ellingham

  1. Các đường cong trong các biểu đồ Ellingham cho sự hình thành của các oxit kim loại về cơ bản là các đường thẳng với độ dốc dương. Độ dốc tỷ lệ thuận với ΔS, gần như là hằng số (nghĩa là gần như không phụ thuộc vào nhiệt độ).
  2. Vị trí của đường đồ thị của kim loại trong biểu đồ Ellingham càng thấp thì độ ổn định của oxit của nó càng cao. Chẳng hạn, đường cho Al (oxy hóa nhôm) thấp ơn đường cho Fe (hình thành của Fe
    2O
    3).
  3. Độ ổn định của các oxit kim loại giảm khi nhiệt độ tăng lên. Các oxit rất không ổn định như Ag
    2O và HgO dễ dàng bị nhiệt phân hủy.
  4. Năng lượng Gibbs của sự hình thành cacbon dioxide (CO
    2) là gần như không phụ thuộc nhiệt độ, trong khi đường đồ thị hình thành cacbon monoxit (CO) có độ dốc âm và cắt đường hình thành CO
    2 ở gần 700 °C. Theo phản ứng Boudouard, cacbon monoxit là oxit chủ yếu của cacbon ở các nhiệt độ cao hơn (trên 700 °C), và nhiệt độ càng cao hơn (trên 700 °C) thì cacbon là tác nhân khử (chất hoàn nguyên) càng hiệu quả hơn.
  5. Nếu các đường cong cho hai kim loại được so sánh ở cùng một mức nhiệt độ thì kim loại với năng lượng Gibbs của sự oxy hóa nằm thấp hơn trên biểu đồ sẽ khử oxit với năng lượng Gibbs của sự hình thành cao hơn. Chẳng hạn, nhôm kim loại có thể khử oxit sắt thành sắt kim loại và bản thân nhôm kim loại bị oxy hóa thành oxit nhôm (Phản ứng này được sử dụng trong nhiệt nhôm.)
  6. Khoảng cách giữa hai đường càng lớn thì tính hiệu quả của tác nhân khử tương ứng với đường nằm thấp hơn lại càng cao.
  7. Sự giao cắt của hai đường ngụ ý về một cân bằng oxy hóa – khử. Sự khử một oxit bằng một tác nhân khử nhất định là có thể xảy ra ở các nhiệt độ cao hơn nhiệt độ ở điểm giao cắt trong đó đường ΔG của tác nhân khử đó nằm thấp hơn trên biểu đồ so với đường của oxit kim loại cần khử. Tại điểm giao cắt thì thay đổi năng lượng tự do đối với phản ứng bằng 0, dưới nhiệt độ này thì nó là dương và oxit kim loại là ổn định trong sự có mặt của tác nhân khử, trong khi trên nhiệt độ này thì năng lượng Gibbs là âm và oxit có thể bị khử.

Tác nhân khử

Trong các quy trình công nghiệp, sự khử các oxit kim loại thông thường được thực hiện bằng phản ứng nhiệt cacbon với việc sử dụng cacbon làm tác nhân khử. Cacbon có sẵn tương đối rẻ tiền như than có thể chế biến thành than cốc. Khi phản ứng với oxy, cacbon tạo thành các oxit dạng khí như cacbon monoxitcacbon dioxide, vì thế nhiệt động lực học của sự oxy hóa nó là khác biệt với sự oxy hóa các kim loại: sự oxy hóa nó có ΔG âm hơn khi nhiệt độ tăng lên (trên 700 °C). Vì thế, cacbon có thể đóng vai trò như là một tác nhân khử. Sử dụng tính chất này, sự khử các oxit kim loại có thể được thực hiện như là phản ứng oxy hóa khử kép ở nhiệt độ tương đối thấp.