Ⅴ. 화학반응
[1] 반응열
1. 반응열의 뜻
화학 반응이 일어날 때는 반드시 에너지의 출입이 따르는데 이 때 출입하는 에너지를 반응열이라 한다.
▷ 반응열
화학 에너지의 변화량(반응열) :
반응물의 에너지 총합 :
생성물의 에너지 총합 :
2. 발열 반응과 흡열 반응
(1) 발열 반응
반응물이 에너지를 외부로 방출하는 반응
반응열 Q > 0
반응계의 에너지 > 생성계의 에너지
(2) 흡열 반응
반응물이 외부로부터 열을 흡수하는 반응
반응열 Q < 0
반응계의 에너지 < 생성계의 에너지
그림 3) 화학 반응에서 발열 반응과 흡열 반응 발열 반응은 에너를 방출하여 에너지가 낮아지는 반응이고, 흡열 반응은 열을 흡수하여 에너지가 높아지는 반응이다.
3. 열 화학 반응식
(1) 뜻
화학 반응식에 반응열을 표시한 것
반응열은 화학 반응식의 맨 뒤에 쓰는 것이 통례이다.
화학 반응식에서는 계수로 분수를 사용하지 않으나 열화학 반응식에서는 분수를 사용할 수 있다.
열화학 반응식에서는 물질의 상태에 따라 에너지 상태가 달라지므로 반드시 물질의 상태를 함께 나타내야 한다.
(2) 열화학 반응식의 종류
1) 생성열
원소 상태의 물질이 반응하여 물질 1mol이 생성될 때의 반응열
2) 분해열
물질 1mol이 원소 상태로 분해될 때의 반응열
3) 연소열
물질 1mol이 완전 연소될 때의 반응열
4) 중화열
산·염기의 중화 반응에서 물 1mol이 생성될 때의 반응열
5) 용해열
고체 상태의 물질 1mol이 용매에 용해될 때의 반응열
[2] 엔탈피
1. 엔탈피의 뜻
(1) 엔탈피(열함량,H)
일정한 온도, 압력에서 물질이 보유한 전체 에너지를 엔탈피라 한다.
원자내의 에너지, 결합 에너지, 운동 에너지 등의 에너지의 총합으로 어떤 물질의 엔탈피를 구하는 것은 쉽지 않고 거의 의미가 없다.
(2) 엔탈피의 변화량(ΔH)
반응 전후의 엔탈피의 변화량을 실험적으로 구할 수 있다.
엔탈피의 변화량은 반응열과 절대값은 같으나 부호가 반대이다.
반응물의 엔탈피의 총합 :
생성물의 엔탈피의 총합 :
2. 발열 반응과 흡열 반응
(1) 발열 반응
열을 방출하여 열함량이 낮아지는 반응
ΔH < 0
반응 물질의 열함량 > 생성 물질의 열함량
(2) 흡열 반응
열을 흡수하여 열함량이 높아지는 반응
ΔH > 0
반응 물질의 열함량 < 생성 물질의 열함량
그림 4) 열함량의 변화와 발열 반응, 흡열 반응 발열 반응은 열을 흡수하여 열함량이 낮아지는 반응, 흡열 반응은 열을 방출하여 열함량이 높아지는 반응이다.
1. 헤스의 법칙
화학 반응에서 처음 반응물의 상태와 나중 생성물의 상태가 같다면 반응 도중의 경로에 관계없이 반응열은 일정하다.
반응 경로 1
반응 경로 2
반응 경로 2의 두 식을 더하면 반응 경로 1과 같은 식이 되어 반응물과 생성물이 같아져 경로에 관계없이 일정하다.
▷ CO의 생성열 구하기
그림 5) 헤스의 법칙 반응물의 상태와 생성물의 상태가 같다면 반응 경로에 관계없이 반응열은 일정하다.
【2】 반응열과 화학 반응의 진행
결합 에너지를 이용한 엔탈피의 계산
단체의 표준 생성열은 0이다.
다음 반응의 엔탈피의 변화량를 구하시오.
▷ 결합 에너지 (kcal/mol)
|
C H : 104 C Cl : 83.5 Cl Cl : 58 H Cl : 103 |
[풀이]
1. 반응의 자발성
화학 반응은 그 물질들이 안정한 상태가 되는 방향으로 진행된다. 따라서 물질의 안정도가 증가하는 방향의 반응이 더 자발적이다.
2. 안정된 상태
엔탈피는 감소하고, 무질서도는 증가할수록 보다 안정하다.
(1) 자연 상태에서
무질서도의 증가보다는 엔탈피의 감소가 물질의 안정도에 더 많은 영향을 끼치므로 엔탈피가 감소하는 발열 반응이 더 자발적이다.
엔탈피가 감소하는 양이 많을수록 더 안정하므로 발열 반응 중에서도 반응열이 큰 반응이 더 자발적이다.
(2) 고온의 상태에서
고온에서는 엔탈피의 감소보다 무질서도의 증가가 물질의 안정도에 더 많은 영향을 끼치므로 흡열 반응이 더 자발적이다.