Ellingham: Thermochemistry

Ellingham erstellt das Diagramm, das Sie aus Ihrer Thermodynamik-Vorlesung kennen. Der Unterschied: Jede Linie wird auf Ihrem Gerät anhand der NIST-JANAF-Shomate-Koeffizienten berechnet, anstatt sie aus einer Abbildung im Lehrbuch abzuzeichnen. Tippen Sie auf eine Linie, um ihre Standardbildungsenergie bei jeder beliebigen Temperatur, die zugehörige Gleichung und die Quelle anzuzeigen. Tippen Sie erneut, und die App findet den Schnittpunkt der beiden Linien und zeigt an, welches Element oberhalb dieses Punktes das Oxid des anderen reduziert.

Entwickelt für Studierende der Metallurgie, Prozessmetallurgen und alle, die schon einmal eine Zahl erklären mussten, weil nach ihrer Herkunft gefragt wurde.

Jede Zahl zeigt ihren Rechenweg.

Die Gleichung, korrekt gesetzt.

Die vollständige Quellenangabe, inklusive der NIST-WebBook-Kennung für jede Spezies.

Der tatsächliche Temperaturbereich der zugrunde liegenden Daten.

Eine Ablehnung, wenn Sie eine Temperatur anfordern, die nicht in diesem Bereich liegt.

Genau das ist der Punkt. Fragen Sie nach der Magnesiumoxidation bei 1200 °C, und die App liefert keine Antwort. Die tabellierten Daten des NIST für Magnesium enden bei 1093 °C. Daher wird die Reaktion mit Magnesium als limitierender Spezies nicht dargestellt. Im Diagramm ist dieselbe Regel erkennbar: Eine Linie endet dort, wo die Daten enden, anstatt in einen Bereich fortgeführt zu werden, der nicht gemessen wurde. Ein nicht dargestellter Wert ist ehrlich. Ein stillschweigend extrapolierter Wert ist es nicht.

Das interaktive Diagramm zeigt zwölf Reaktionen mit einundzwanzig Spezies, alle normiert auf ein Mol O₂, sodass die Linien direkt vergleichbar sind. Da die Koeffizienten pro Segment des NIST unverändert übernommen werden, ergeben sich die Steigungsänderungen, die relevant sind, von selbst aus den Daten: der Knick am Curie-Punkt von Eisen, die Knicke beim Schmelzen und Sieden. Nichts wurde geglättet oder manuell hinzugefügt.

Vier Größen, bei jeder Temperatur

dH, Standardreaktionsenthalpie

dS, Standardreaktionsentropie

dG, freie Standard-Gibbs-Energie, als dH - T dS

K, Gleichgewichtskonstante, aus dG und der van’t-Hoff-Gleichung

Wer reduziert wen? Wählen Sie zwei Reaktionen aus, und die App berechnet die Schnittpunkttemperatur durch Bisektion im gemeinsamen Temperaturbereich und gibt das Ergebnis verständlich aus. Kohlenstoff reduziert FeO oberhalb von 771 °C. Darunter findet keine Reduktion statt. Beide klassischen Kohlenstofflinien sind vorhanden: die ansteigende Linie für die Reduktion von C zu CO₂ und die abfallende Linie für die Reduktion von C zu CO, die die carbothermische Reduktion überhaupt erst ermöglicht.

Falls Ihnen das Diagramm neu ist: Eine siebenteilige Einführung: Was ist ein Ellingham-Diagramm? Warum steigen die Linien an und warum fällt die Kohlenstofflinie ab? Welche vier Größen berechnet die App? Wie liest man die Aussage „Wer reduziert wen?“? Woher stammen die Zahlen? Ein Glossar und weiterführende Literatur. Einmal gelesen, und das Diagramm wirkt nicht mehr wie eine Ansammlung von Linien.

Referenz, immer griffbereit

Jede von der App berechnete Gleichung wird mit Quellenangabe formatiert. Alle 21 Spezies mit ihren Temperaturbereichen und WebBook-Kennungen. Alle Angaben in Kelvin oder Celsius, ohne falsche Genauigkeit. Datenschutz ist von Grund auf gewährleistet.

Kein Konto, keine Registrierung. Keine Werbung, kein Tracking, keine Analysen, keine Datenerfassung. Keine Internetberechtigung erforderlich. Die App kann keine Netzwerkverbindung herstellen, auch nicht versehentlich. Funktioniert im Labor, Hörsaal oder Flugzeug.

Zu den Daten: Die thermochemischen Werte stammen aus den NIST-JANAF Thermochemical Tables (Chase 1998) über das NIST Chemistry WebBook, einem Werk der US-Regierung und daher gemeinfrei. Graphit bildet die Ausnahme: Hier wurde eine Anpassung an die tabellierten Wärmekapazitäten des NIST vorgenommen, da das WebBook die Cp-Tabelle anstelle der Shomate-Koeffizienten angibt. Die App weist darauf hin, und die Anpassung wurde mit den klassischen Kohlenstoff-Linien verglichen. Das NIST steht in keiner Verbindung zu dieser App und unterstützt sie nicht.

Bitte beachten Sie: Ellingham gibt Standard-Screening-Schätzwerte für Bildung und Orientierung an. Diese basieren auf der Annahme reiner kondensierter Phasen bei Einheitsaktivität und 1 bar und vernachlässigen das Lösungsverhalten. Daher handelt es sich nicht um aktivitätskorrigierte Ergebnisse und keine Spezifikation. Überprüfen Sie die Werte anhand der relevanten Daten, bevor Sie sich auf einen Wert verlassen.