Miếng dán giữ nhiệt (thermal heat pack) dùng một lần là sản phẩm phổ biến giúp giữ ấm cơ thể trong mùa đông. Thành phần chính bên trong túi gồm có: bột sắt (Fe), than hoạt tính, muối ăn (NaCl), nước và chất giữ ẩm vermiculite. Khi bóc bao bì ni-lông bên ngoài, không khí khuếch tán qua lớp màng xốp bán thấm vào túi, kích hoạt quá trình oxy hóa bột sắt bởi oxy không khí với sự có mặt của chất xúc tác/điện giải (H2O và NaCl) tạo thành gỉ sắt: 4Fe(s) + 3O2(g) + 6H2O(l) → 4Fe(OH)3(s) (1)
Cho các dữ kiện nhiệt động lực học ở điều kiện chuẩn (298K, 1 bar):
| Chất | ΔfH°298 (kJ/mol) | S°298 (J/mol.K) |
| Fe(s) | 0 | 27,3 |
| O2(g) | 0 | 205,1 |
| H2O(l) | -285,8 | 69,9 |
| Fe(OH)3(s) | -823,0 | 106,7 |
a. Tính biến thiên enthalpy chuẩn và biến thiên entropy chuẩn của phản ứng (1).
b. Hãy giải thích tại sao trong thực tế vẫn diễn ra rất mãnh liệt và tự phát ở 298 K.
(a) ΔrH°298 = 4ΔfH°298Fe(OH)3(s) – 6ΔfH°298H2O(l) = -1577,2 kJ
ΔrS°298 = 4S°298Fe(OH)3(s) – [4S°298Fe(s) + 3S°298O2(g) + 6S°298H2O(l)] = -717,1 J
(b) ΔrG° = ΔrH° – T.ΔrS° = -1363,5 kJ < 0 nên phản ứng thuận lợi về mặt nhiệt động và có khả năng tự phát.
Thực tế Fe có bị gỉ trong không khí nhưng tương đối chậm, tuy nhiên túi giữ nhiệt trên lại “diễn ra rất mãnh liệt và tự phát” bởi các yếu tố: Bột sắt nghiền mịn nên diện tích tiếp xúc rất lớn, than hoạt tính cũng rất xốp giúp tăng không gian cho phản ứng, muối ăn tạo môi trường điện li hỗ trợ ăn mòn nhanh. Phản ứng tỏa nhiệt rất mạnh (ΔrH°298 rất âm) cũng khiến tốc độ phản ứng tăng nhanh.
Chú ý: Đây không hoàn toàn là ăn mòn điện hóa vì than hoạt tính không dẫn điện nên không đóng vai trò là cathode như graphit được, than hoạt tính đơn giản chỉ tạo chỗ cho phản ứng, có thể phần nào đó than hoạt tính bị graphit hóa thì sẽ có ăn mòn điện hóa (Fe-C).