발열반응과 흡열반응 및 각각의 예

[21세기과학열정]

열을 흡수하는 반응(흡열 반응)이란, 화학 변화가 일어날 때 열을 흡수하는 반응이다. 생성 물질의 내부 에너지가 반응물의 내부 에너지보다 클 경우 반응이 진행되는 동안에 주위에서 열을 흡수한다.

열을 방출하는 반응(발열 반응)이란, 화학 변화가 일어날 때 열을 방출하는 반응이다. 이는 반응 물질의 에너지가 생성 물질의 에너지보다 크기 때문에 반응이 진행되는 동안에 여분의 에너지를 방출하는 것이다.

1. 열을 방출하는 반응의 예
   
   
   1. 화석 연료의 연소
      C₃H₈(g) + 5O₂(g) → 3CO₂(g) + 4H₂O(l) + 열
   2. 진한 황산의 용해
      H₂SO₄(l) → H₂SO₄(aq) + 열
   3. 산화칼슘과 물의 반응
      CaO + H₂O → Ca(OH)₂ + 열
   4. 철의 산화 반응
      4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃ + 열
   5. 금속과 산의 반응
      Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂ + 열
      
      
      
2. 열을 흡수하는 반응의 예
   
   
   1. 탄산칼슘의 열분해
      CaCO₃ → CaO + CO₂ ― 열
   2. 질산암모늄의 용해
      NH₄NO₃(s) → NH₄NO₃(aq) ― 열
   3. 수산화바륨과 염화암모늄의 반응
      Ba(OH)₂ + 2NH₄Cl → BaCl₂+ 2NH₃ +2H₂O ― 열
   4. 코크스와 수증기의 반응
      C(코크스) + H₂O → CO + H₂ ― 열
   5. 아세트산나트륨의 용해
      CH₃COONa(s) → CH₃COONa(aq) ―열

1. 열을 방출하는 반응의 이용
   
   
   1. 주머니 난로(hot pack) : 철의 산화 반응 이용
      극히 미세한 철가루와 염화나트륨, 탄소가루 등을 섞어서 공기를 차단하여 주머니에 넣고, 이 주머니를 다시 다른 주머니에 넣은 것이 주머니 난로이다. 주머니를 비벼서 안쪽 주머니를 터뜨리면, 철가루와 겉 주머니 안에 있던 공기 중의 산소가 반응하여 열을 방출하는 발열 반응이 일어난다. 이 때의 열을 이용한 것이 주머니 난로이다. 탄소가루와 염화나트륨 등은 철의 산화가 잘 일어나도록 도와주는 역할을 한다.
      
      
   2. 농촌에서 퇴비를 이용하여 물을 데우거나 난방을 한다. 이것은 미생물이 퇴비를 분해할 때 나오는 반응열을 이용한 것이다.
      
      
   3. 연료
      여러 가지 화석 연료가 연소할 때 방출되는 열이 난방에 이용된다.
      
      
      
2. 열을 흡수하는 반응의 이용
   
   
   1. 휴대용 냉각대(cold pack) : 질산암모늄의 용해열 이용
      타박상 치료에 사용하는 휴대용 냉각대는 흡열 반응을 실생활에 이용한 좋은 예이다. 이것은 물이 새지 않는 2개의 주머니에 한쪽에는 물을, 한쪽에는 질산암모늄을 넣은 것이다. 물이 들어 있는 주머니를 주무르면 물이 나오고 이 물은 질산암모늄을 녹인다. 이 때 주위로부터 열을 빼앗아가는 흡열 반응이 일어난다. 이 차가워진 주머니를 부어오른 상처 위에 올려 놓으면 피부와 근육 조직의 손상을 줄이면서 치료 효과를 얻을 수 있다.
      
      
   2. 냉장고
      냉장고는 일반적으로 프레온이라고 부르는 물질을 냉매로 사용하고 있다. 프레온 가스는 증발열이 큰 물질이다. 따라서 냉장고 속에 들어 있는 압축기로 프레온 가스를 고압으로 압축한 후 갑자기 팽창시키면 기화하게 되는데, 기화시 외부의 열을 흡수하므로 온도가 낮아지게 되는 것이다.