6.8
대기압과 같은 일정한 압력 조건에서 화학 반응이 수행되는 경우 공정 중에 교환되는 열은 엔탈피의 변화 델타 H로 측정됩니다. 반응에서 엔탈피 변화는 온도의 변화로 분명하게 나타나며 이 변화는 열량 측정법을 사용하여 측정됩니다. 열량 측정법에서는 열량계라고 하는 밀봉되고 교정된 용기에서 반응이 실행됩니다.
열량계는 절연이 잘 되어있어 환경과의 열 흐름을 방지합니다. 따라서 계를 구성하는 반응물 및 생성물과, 주위가 되는 열량계 사이에 교환되는 열은 열량계의 온도 변화를 모니터링하여 정확하게 계산할 수 있습니다. 반응이 발열성인 경우 열은 계에서 주위로 흐르며 온도가 상승합니다.
반대로 반응이 흡열성이면 열은 주위로부터 계로 흘러들어 열량계의 온도가 떨어지게 됩니다. 간단한 커피컵 열량계로 일정한 압력 조건에서 용액에서 발생하는 반응의 엔탈피 변화를 측정해 봅시다. 열량계는 온도계와 교반기가 장착된 두 개의 스티로폼 커피 컵으로 구성되어 있습니다.
열량계는 헐렁한 코르크 뚜껑으로 닫겨 있어 대기에 개방된 일정한 압력 상태를 유지합니다. 1.0몰의 염산 수용액과 1.0몰의 수산화칼륨 수용액 각각 50.0밀리리터가 열량계 내부에서 반응하여 용액의 온도를 섭씨 6.9도 상승시킨다고 가정합니다. 용액에 흡수된 열, q 용액은 물의 경우 전체 질량 m, 즉 100.0 그램에 온도 변화를 곱한 것처럼 그램 섭씨 1도당 4.18줄의 비열과 같습니다.
용액의 열은 2.9 곱하기 10의 3제곱 줄 또는 2.9 키로줄입니다. 반응열 q 반응 은 값은 같지만 부호는 반대입니다. 압력이 일정하기 때문에 엔탈피 변화는 반응의 열과 동일합니다.
몰당 반응의 엔탈피 변화를 찾기 위해 엔탈피를 염산의 몰수로 나눕니다. 염산의 몰은 리터 단위의 부피 0.05 리터에 몰농도 1을 곱하여 구할 수 있습니다. 따라서 마이너스 2.9 킬로 줄을 0.050 몰로 나누면 몰당 마이너스 58 킬로 줄이 됩니다.
열량계는 화학적 또는 물리적 공정과 관련된 열의 양을 측정하거나 물질로 전달되거나 물질에서 전달되는 열을 측정하는 데 사용되는 기술입니다. 열은 열량계라고 불리는 보정되고 절연된 장치를 통해 교환됩니다. 열량측정 실험은 단열 열량계와 외부 환경 사이에 열 교환이 없다는 가정을 기반으로 합니다. 잘 절연된 열량계는 열량계와 외부 환경 사이의 열 전달을 방지하여 "주변"을 열량계(및 열량계 자체) 내의 비시스템 구성 요소로 효과적으로 제한합니다. 이를 통해 식품의 에너지 함량과 같은 화학 공정과 관련된 열을 정확하게 측정할 수 있습니다.
열량계로 측정된 온도 변화는 연구 중인 공정에 의해 전달된 열의 양을 도출하는 데 사용됩니다. 열량계에서 시스템은 화학적 또는 물리적 변화, 즉 반응을 겪는 물질로 정의되며, 주변은 열을 제공하는 열량계의 용액 및 기타 구성 요소를 포함하여 다른 모든 물질입니다. 시스템에 유입되거나 시스템에서 열을 흡수합니다.
화학 반응의 열량 측정법을 논의하기 전에 열량 측정의 핵심 아이디어를 설명하는 더 간단한 예를 고려하십시오. 고온의 뜨거운 금속 조각이 차가운 물과 같은 저온의 물질 속에 놓여 있다고 가정해 봅시다. 열은 뜨거운 금속에서 물로 흐릅니다. 두 물질의 온도가 같아질 때까지, 즉 열평형에 도달할 때까지 금속의 온도는 감소하고 물의 온도는 증가합니다. 열량계에서 이런 일이 발생하면 외부 환경에 의해 열을 얻거나 잃지 않고 모든 열이 두 물질 사이에 전달됩니다. 이러한 이상적인 상황에서 순 열 변화는 0입니다.

이 관계는 금속이 얻은 열이 물이 잃은 열과 동일하다는 것을 보여주기 위해 재배열될 수 있습니다.

따라서 열(변화)의 크기는 두 물질 모두 동일합니다. 음의 부호는 q_metal과 q_water가 열 흐름 방향(증가 또는 손실)이 반대라는 것을 나타낼 뿐, q 값(즉, 문제의 물질이 열을 얻거나 잃느냐에 따라 결정되는지에 따라 결정됨)의 산술 부호를 나타내지는 않습니다. 정의). 설명된 특정 상황에서 q_metal은 음수 값이고 q_water는 열이 금속에서 물로 전달되므로 양수 값입니다.
화학 반응과 관련된 열을 측정하기 위해 열량계를 사용할 때도 동일한 원리가 적용됩니다. 열량계가 흡수하는 열의 양은 종종 무시할 수 있을 만큼 작으며, 열량계는 외부 환경과의 에너지 교환을 최소화합니다. 열량계의 용액에서 발열 반응이 일어날 때, 반응에 의해 생성된 열이 용액에 흡수되어 온도가 상승합니다. 흡열 반응이 일어날 때 필요한 열은 용액의 열 에너지로부터 흡수되어 온도가 감소합니다. 그런 다음 온도 변화(ΔT)를 비열(c_soln) 및 용액의 질량(m_soln)과 함께 사용하여 두 경우 모두에 관련된 열량(q_soln)을 계산할 수 있습니다.

커피 컵 열량계라고 불리는 간단한 열량계는 느슨한 뚜껑으로 닫힌 두 개의 폴리스티렌 컵으로 구성됩니다. 커피 컵 열량계는 용액(주로 수용액)에서 발생하고 부피 변화가 없거나 거의 없는 반응열을 측정하는 데 사용됩니다. 화학 반응 중에 에너지가 생성되거나 파괴되지 않기 때문에 반응("시스템")에서 생성되거나 소비되는 열인 q_rxn과 용액("주변")에 의해 흡수되거나 손실되는 열인 q_soln이 합해서 0이여야 합니다.

이는 반응에서 생성되거나 소비되는 열의 양이 용액에 의해 흡수되거나 손실되는 열의 양과 동일하다는 것을 의미합니다.

커피 컵 열량계는 정압 열량계이며, 측정된 반응열은 엔탈피 변화와 동일합니다.

이 문서는 에서 발췌되었습니다 Openstax, Chemistry 2e, Section 5.2: Calorimetry.
대기압과 같은 일정한 압력 조건에서 화학 반응이 수행되는 경우 공정 중에 교환되는 열은 엔탈피의 변화 델타 H로 측정됩니다. 반응에서 엔탈피 변화는 온도의 변화로 분명하게 나타나며 이 변화는 열량 측정법을 사용하여 측정됩니다. 열량 측정법에서는 열량계라고 하는 밀봉되고 교정된 용기에서 반응이 실행됩니다.
열량계는 절연이 잘 되어있어 환경과의 열 흐름을 방지합니다. 따라서 계를 구성하는 반응물 및 생성물과, 주위가 되는 열량계 사이에 교환되는 열은 열량계의 온도 변화를 모니터링하여 정확하게 계산할 수 있습니다. 반응이 발열성인 경우 열은 계에서 주위로 흐르며 온도가 상승합니다.
반대로 반응이 흡열성이면 열은 주위로부터 계로 흘러들어 열량계의 온도가 떨어지게 됩니다. 간단한 커피컵 열량계로 일정한 압력 조건에서 용액에서 발생하는 반응의 엔탈피 변화를 측정해 봅시다. 열량계는 온도계와 교반기가 장착된 두 개의 스티로폼 커피 컵으로 구성되어 있습니다.
열량계는 헐렁한 코르크 뚜껑으로 닫겨 있어 대기에 개방된 일정한 압력 상태를 유지합니다. 1.0몰의 염산 수용액과 1.0몰의 수산화칼륨 수용액 각각 50.0밀리리터가 열량계 내부에서 반응하여 용액의 온도를 섭씨 6.9도 상승시킨다고 가정합니다. 용액에 흡수된 열, q 용액은 물의 경우 전체 질량 m, 즉 100.0 그램에 온도 변화를 곱한 것처럼 그램 섭씨 1도당 4.18줄의 비열과 같습니다.
용액의 열은 2.9 곱하기 10의 3제곱 줄 또는 2.9 키로줄입니다. 반응열 q 반응 은 값은 같지만 부호는 반대입니다. 압력이 일정하기 때문에 엔탈피 변화는 반응의 열과 동일합니다.
몰당 반응의 엔탈피 변화를 찾기 위해 엔탈피를 염산의 몰수로 나눕니다. 염산의 몰은 리터 단위의 부피 0.05 리터에 몰농도 1을 곱하여 구할 수 있습니다. 따라서 마이너스 2.9 킬로 줄을 0.050 몰로 나누면 몰당 마이너스 58 킬로 줄이 됩니다.
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