氧勢圖

　　又稱氧點陣圖。穩定單質(M)與1摩爾氧結合成氧化物（M_xO_y）的反應

的標準 自由焓變數Δ G°(即氧勢) 與溫度 T的關系圖。1944年，埃林漢(H.J.T.Ellingham)首先將許多氧化物的Δ G°對 T作圖，得到一系列直線，所以稱為埃林漢圖。1948年裡恰桑(F.D.Richardson)等人在此圖上增加瞭氧分壓及 p _H2/ p _H2O， p _CO/ p _CO2標尺，擴大瞭此圖的應用范圍，故又稱為埃林漢-裡恰桑圖。以後，雖然有許多學者根據更可靠的熱力學數據對該圖作瞭修訂補充，但圖的形式並沒有原則性的變化，圖是奧利特(M.Olette)等人繪制的Δ G°- T圖。

　　氧勢　金屬氧化反應

達到平衡時的氧分壓 p _O2稱為化合物 Me _x O _y的分解壓，此值越低，表示金屬氧化物 Me _x O _y越穩定，它與氧化反應的Δ G°的關系是：

ΔG°=RTlnp_O2

式中 R為氣體常數， T為絕對溫度。當氣相中氧的分壓為 p _O2時，其化學勢是：

μ_O2=

+ R T ln p _O2

式中

是氧分壓為1大氣壓時的標準化學勢。 μ _O2與 之差： μ _O2－ ＝ R T ln p _O2＝Δ G°代表此平衡體系中氧的相對化學勢，常簡稱為氧勢(oxygen potential)。

　　ΔG°-T圖　圖中的縱坐標ΔG°也就是氧勢坐標，故此圖稱為氧勢圖。ΔG°－T直線的斜率取決於反應的熵變ΔS°的符號及數值：

在相變溫度，Δ G°－ T直線發生轉折。由於氣體的摩爾熵比凝聚相的摩爾熵大得多，金屬單質與1摩爾氧氣反應生成凝聚相氧化物的熵變總是負值，所以它們的 Δ G°- T直線斜率為正。碳與1摩爾氧氣反應生成 CO ₂(1大氣壓)氣體時，由於消耗1摩爾氣體（ O ₂）生成1摩爾氣體( CO ₂)反應的熵變極小，其Δ G°- T直線的斜率幾乎為零。碳與1摩爾氧氣反應生成2摩爾CO氣體的Δ G°－ T直線的斜率為負，表明溫度越高，碳能創造更低的氧勢。此線可以和其他斜率為正的直線相交。此交點溫度稱為氧化－還原的轉化溫度，在此交點溫度以上，碳可以將該氧化物還原，表明碳在高溫下有很強的還原能力，這就是碳成為 火法冶金中最重要的還原劑的理論根據。當CO分壓低於1氣壓時，其Δ G－ T直線(圖中未給出)的斜率更負，它與其他斜率為正的直線的交點溫度更低，在低壓下碳更易於將各種金屬氧化物還原，這是真空碳熱還原的熱力學依據。

　　氧勢圖的應用　氧勢圖對火法冶金過程氧化物還原反應的熱力學判斷很有用。它能直觀地表明各種氧化物穩定性的次序。圖中直線位置越低，它所代表的氧化物越穩定。如含有FeO、MnO、Cr₂O₃、V₂O₃的一組冶金原料，欲在1300℃用碳處理，則可由氧勢圖一目瞭然地看出，在p_CO為1大氣壓條件下，FeO、Cr₂O₃會被碳還原，而MnO及V₂O₃不會被還原。

　　利用氧勢圖右邊所附的氧壓標尺，p_H2/p_H2O及p_CO/p_CO2標尺可以直接讀出在一定溫度下氧化物和金屬平衡時的氧分壓以及平衡時的p_H2／p_H2O及p_CO／p_CO2值。例如，欲求NiO在1200℃的分解壓，可在NiO的ΔG°-T直線上找到1200℃的位置點，將此點與左上角的Ω點連成直線並外延到與右邊p_O2標尺相交，則交點處給出的氧分壓7.5×10

大氣壓，即為NiO的分解壓。類似地，可將上述位置點與圖左邊的H點連成直線並外延到與右邊的p_H2/p_H2O標尺相交，則交點處給出的p_H2/p_H2O值為1/10²，這就是1200℃下與NiO、Ni平衡的氣相中氫和水蒸氣分壓的比值。仿此，欲求平衡的p_CO/p_CO2值，則應與左邊的C點相連接。這些標尺的利用，給控制氧化還原氣氛帶來很多方便。

　　對其他類型化合物，諸如硫化物、氯化物、碳化物、氮化物等，相應地也有硫勢、氯勢、碳勢、氮勢等概念，可繪出類似的硫勢圖、氯勢圖、碳勢圖、氮勢圖等。這些圖在冶金中均已得到廣泛應用，不過隻適用於標準態下的反應。

　　

參考書目

　黃希祜主編：《鋼鐵冶金原理》，第二章，冶金工業出版社，北京，1982。