Чем значительнее убыль изобарного потенциала (максимальная работа) системы при протекании реакции, т. е. чем больше A_mах = — ?Z, тем прочнее полученное соединение и выше химическое сродство реагирующих веществ.

Для сталеплавильных процессов, в которых преобладают окислительные реакции, представляет интерес определить прочность связи различных элементов с кислородом. В первом приближении относительную прочность различных окислов можно найти, сравнивая стандартные ?Z_T^0 (рис. 6). Однако необходимо учитывать, что при фактических концентрациях, отличных от стандартных, возможны значительные изменения ?Z_T по сравнению с ?Z⁰_T (1.25), так как

?Z_T = ?Z⁰_T + RT ln X₀
или

?Z^-_T = 2,303R (lg X₀ – lg K).
(1.36)

Если, например, Х₀ < 1 (активность окисла меньше единицы), то ?Z_T < ?Z⁰_T и химическое сродство элемента к кислороду будет выше, чем при стандартных активностях всех компонентов. Поэтому в сталеплавильной ванне иногда наблюдается преимущественное окисление элемента с низким сродством к кислороду. Это возможно в тех случаях, когда активность окисла элемента в шлаке незначительна.

На рис. 6. Приведены значения A⁰_max = — ?Z⁰_T = — (?H⁰_T — T?S⁰_T) для реакций окисления элементов с участием одного моля кислорода, например,

Рис. 6. Стандартные изменения изобарного потенциала при образовании окислов. Данные Чипмена

2С + O₂ = 2СO; Si + O₂ = SiO₂; 2Fe + O₂ = 2FeO. При этом a_C = 1, a_Si = 1, a_Fe = 1; P_o2 = 10⁵ Па, Р_CO = 10⁵ Па; a_SiO2 = 1, a_FeO = 1.

Уменьшая концентрацию окисла в шлаке, можно резко увеличить химическое сродство соответствующего элемента к кислороду. Так, при a_(FeO) = 0,01 м. д. для реакции 2Fe + O₂ = 2FeO ?Z_T изменится в случае Т = 1873 К (по сравнению с ?Z_T при a_(FeO) = 1) на 2,303 х 8,313 • 1873 • lg 0,01 = – 71 500 Дж/моль O₂.

Кривые рисунка свидетельствуют о том, что в стандартных условиях прочность связи элементов с кислородом убывает при 1600° С в следующем порядке:

I группа элементов —	Be, Са, Mg, Al, Ti, С, Si, V, В, Мn, Сr, Fe
II группа элементов —	W, Mo, Co, Ni, Cu, As

Элементы первой группы (от Be до Сr) обладают большим, а второй — меньшим сродством к кислороду, чем железо. В сталеплавильной ванне, где в металле преобладает железо, элементы первой группы легко окисляются, а второй — почти не окисляются.

Анализ термодинамического равновесия одновременно протекающих в ванне реакций окисления железа и элемента Е кислородом показывает, что остаточная концентрация [Е] снижается, а доля кислорода, расходуемого на образование окисла Е_mО_n, возрастает при: 1) увеличении разности стандартных изобарных потенциалов указанных реакций (?Z⁰_T<(Fe-FeO) — ?⁰_T<(E-EmOn)); 2) повышении концентрации и коэффициента активности закиси железа в шлаке; 3) уменьшении концентрации и коэффициента активности окисла элемента в шлаке; 4) увеличении коэффициента активности элемента в металле.

В работах М. М. Карнаухова доказано, что со снижением упругости диссоциации окисла Е_mО_n (P_O2 при равновесии реакции окисления элемента) уменьшается остаточная концентрация элемента Е в металле. Можно доказать, что выводы М. М. Карнаухова термодинамически вполне обоснованы, так как для любой реакции типа 2m/n [Е] + [O₂] = 2/n (Е_mО_n)

(1.37)

Из уравнения (1.37) видно, что уменьшению упругости диссоциации окисла Е_mО_n способствует увеличение K_P или уменьшение ?Z⁰_T= — RT ln K_P, снижение активности данного окисла в шлаке, рост концентрации и коэффициента активности элемента в металле. В современной теории сталеплавильных процессов химическое сродство растворенных в металле элементов к кислороду оценивают по величинам изменений изобарно-изотермического потенциала и остаточных концентраций кислорода в ванне.