Chapter 6: Thermochemistry

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6.6:

μ—”νƒˆν”Ό

JoVE Core
Chemistry
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TRANSCRIPT
일뢀 ν™”ν•™ λ°˜μ‘λ“€μ€ λ‘œμΌ“ μ—°λ£Œμ˜ μ—°μ†Œλ‘œ 우주 왕볡선이 μ§€μƒμ—μ„œ 이λ₯™ν•˜λŠ” 것과 같이 μ—„μ²­λ‚œ 열을 λ°œμ‚°ν•˜λ©° μ£Όμœ„μ— λŒ€ν•΄ 일을 μˆ˜ν–‰ν•©λ‹ˆλ‹€. μ—΄ q와 일 w의 합은 μ—΄μ—­ν•™ 제1법칙에 μ˜ν•΄ λ‚΄λΆ€ μ—λ„ˆμ§€ λ³€ν™”, 델타 Eμž…λ‹ˆλ‹€. λŒ€κΈ°μ••μ—μ„œ μΌμ–΄λ‚˜λŠ” 기체와 κ΄€λ ¨λœ ν™”ν•™ λ°˜μ‘μ˜ 경우 μˆ˜ν–‰ν•œ 일은 νŒ½μ°½μ΄λ“  μˆ˜μΆ•μ΄λ“  λΆ€ν”Ό 변화와 κ΄€λ ¨λœ 기계적 μΌμž…λ‹ˆλ‹€.λ”°λΌμ„œ 일은 음의 μ••λ ₯ κ°’κ³Ό λΆ€ν”Ό λ³€ν™”λ₯Ό κ³±ν•œ κ°’κ³Ό κ°™μŠ΅λ‹ˆλ‹€. μ—΄μ—­ν•™ 제1λ²•μΉ™μ—μ„œ wλ₯Ό μΉ˜ν™˜ν•˜κ³  λ°©μ •μ‹μ˜ 항을 μž¬μ •λ ¬ν•˜λ©΄ qλŠ” 델타E 에 μ••λ ₯κ³Ό λΆ€ν”Ό λ³€ν™”μ˜ 곱을 λ”ν•œ κ°’κ³Ό κ°™μœΌλ©°, 이것은 μΌμ •ν•œ μ••λ ₯ ν•˜μ—μ„œ μ—΄ 흐름에 λŒ€ν•œ 정보λ₯Ό ν‘œν˜„ν•©λ‹ˆλ‹€. μž₯μž‘μ„ νƒœμ›Œ μŒμ‹μ„ μ‘°λ¦¬ν•˜λŠ” 것과 같은 ν™”ν•™ λ°˜μ‘μ—μ„œλŠ” μ™ΈλΆ€λ‘œ ν–‰ν•΄μ§€λŠ” νŒ½μ°½μ— μ˜ν•œ 일의 양을 μΈ‘μ •ν•˜λŠ” 것보닀 μš”λ¦¬κ°€ μš©μ΄ν•˜λ„λ‘ λ°œμ‚°λ˜λŠ” 열을 κ³„λŸ‰ν™”ν•˜λŠ” 것이 더 μ μ ˆν•©λ‹ˆλ‹€.λ‚΄λΆ€ μ—λ„ˆμ§€λŠ” μ—΄κ³Ό 일 λͺ¨λ‘λ₯Ό μ„€λͺ…ν•˜λ―€λ‘œ 델타 EλŠ” μΌμ •ν•œ μ••λ ₯ μ‘°κ±΄μ—μ„œλŠ” μ‚¬μš©λ˜μ§€ μ•ŠμŠ΅λ‹ˆλ‹€. μ—΄ ν˜•νƒœμ˜ μ—λ„ˆμ§€ 흐름을 λ…Όμ˜ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ μ—”νƒˆν”ΌλΌλŠ” μƒˆλ‘œμš΄ μ—΄μ—­ν•™ ν•¨μˆ˜λ₯Ό μ •μ˜ν•©λ‹ˆλ‹€. μ—”νƒˆν”Ό HλŠ” λ‚΄λΆ€ μ—λ„ˆμ§€ E 및 μ••λ ₯-λΆ€ν”Όμ˜ 일 P-V의 ν•©μž…λ‹ˆλ‹€.μ—λ„ˆμ§€, μ••λ ₯, λΆ€ν”Όκ°€ μƒνƒœ ν•¨μˆ˜μ΄κΈ° λ•Œλ¬Έμ— μ—”νƒˆν”Όλ„ μƒνƒœ ν•¨μˆ˜μž…λ‹ˆλ‹€. νŠΉμ • λ¬Όμ§ˆμ— λŒ€ν•œ μ ˆλŒ€μ μΈ μ—”νƒˆν”Ό 값은 μΈ‘μ •ν•  수 μ—†μŠ΅λ‹ˆλ‹€. 단지 μ—”νƒˆν”Όμ˜ λ³€ν™”λ§Œ νŒλ‹¨ν•  수 μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€.μ—”νƒˆν”Ό λ³€ν™” 델타 HλŠ” λ‚΄λΆ€ μ—λ„ˆμ§€ λ³€ν™” 델타 E에 μ••λ ₯κ³Ό λΆ€ν”Όλ³€ν™”μ˜ 곱을 λ”ν•œ 것과 κ°™μŠ΅λ‹ˆλ‹€. μ—λ„ˆμ§€μ˜ λ³€ν™”λŠ” μ—΄κ³Ό μ••λ ₯-λΆ€ν”Όμ˜ 일을 ν•©ν•œ κ²ƒμž„μ„ 상기할 λ•Œ, 방정식을 μ‘°ν•©ν•˜λ©΄ μΌμ •ν•œ μ••λ ₯ μ‘°κ±΄μ—μ„œ 델타 HλŠ” κ³„μ—μ„œ μ–»κ±°λ‚˜ μžƒμ€ μ—΄ q와 κ°™λ‹€λŠ” 것을 보여쀄 수 μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€. λͺ©μž¬κ°€ μ—°μ†Œν•  λ•Œμ²˜λŸΌ 계가 μ—΄μ˜ ν˜•νƒœλ‘œ μ™ΈλΆ€λ‘œ μ—λ„ˆμ§€λ₯Ό μ†μ‹€ν•˜λ©΄ μ™ΈλΆ€ μ˜¨λ„κ°€ μƒμŠΉν•©λ‹ˆλ‹€.μ΄λŠ” q에 λŒ€ν•œ 음의 λΆ€ν˜Έ κ·œμΉ™μœΌλ‘œ μ„€λͺ…λ©λ‹ˆλ‹€. λ”°λΌμ„œ 델타HλŠ” μŒμˆ˜κ°€ 되고 과정은 λ°œμ—΄ λ°˜μ‘μ΄λΌκ³  ν•©λ‹ˆλ‹€. λ°˜λŒ€λ‘œ 화학적 μ–ΌμŒ 찜질 νŒ©μ—μ„œ λ°œμƒν•˜λŠ” λ°˜μ‘κ³Ό 같이 계가 μ—΄ ν˜•νƒœλ‘œ μ£Όμœ„μ—μ„œ μ—λ„ˆμ§€λ₯Ό μ–»μœΌλ©΄ μ£Όμœ„ μ˜¨λ„κ°€ λ–¨μ–΄μ§‘λ‹ˆλ‹€.이 경우 열은 μ–‘μ˜ λΆ€ν˜Έ κ·œμΉ™μ— μ˜ν•΄ μ„€λͺ…λ©λ‹ˆλ‹€. 이λ₯Ό 톡해 델타 HλŠ” μ–‘μœΌλ‘œ 되며 이 과정을 흑열 λ°˜μ‘μ΄λΌκ³  ν•©λ‹ˆλ‹€.
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6.6:

μ—”νƒˆν”Ό

ν™”ν•™μžλŠ” 일반적으둜 ν™”ν•™ 적 및 물리적 κ³Όμ •μ˜ 열역학을 μ„€λͺ…ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ μ—”νƒˆν”Ό(H)λ‘œμ•Œλ €μ§„ νŠΉμ„±μ„ μ‚¬μš©ν•©λ‹ˆλ‹€. μ—”νƒˆν”ΌλŠ” μ‹œμŠ€ν…œμ˜ λ‚΄λΆ€ μ—λ„ˆμ§€(E)와압λ ₯(P)및 λΆ€ν”Ό(V)μ˜μˆ˜ν•™μ  μƒμ„±λ¬Όμ˜ ν•©μœΌλ‘œ μ •μ˜λ©λ‹ˆλ‹€ .

Eq1

μ—”νƒˆν”ΌλŠ” μƒνƒœ ν•¨μˆ˜μž…λ‹ˆλ‹€. νŠΉμ • λ¬Όμ§ˆμ— λŒ€ν•œ μ—”νƒˆν”Ό 값은 직접 μΈ‘μ •ν•  수 μ—†μŠ΅λ‹ˆλ‹€. 화학적 λ˜λŠ” 물리적 곡정에 λŒ€ν•œ μ—”νƒˆν”Ό λ³€κ²½λ§Œ κ²°μ •ν•  수 μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€. μΌμ •ν•œ μ••λ ₯(λ§Žμ€ 화학적 및 물리적 변화에 λŒ€ν•œ 일반적인 쑰건)μ—μ„œ λ°œμƒν•˜λŠ” ν”„λ‘œμ„ΈμŠ€μ˜ 경우 μ—”νƒˆν”Ό λ³€κ²½(Ξ”H)μ€λ‹€μŒκ³Ό μž…λ‹ˆλ‹€.

Eq2

μˆ˜ν•™ μ œν’ˆ PΞ”VλŠ” μž‘μ—…(w), 즉 ν™•μž₯ λ˜λŠ” μ••λ ₯ λ³Όλ₯¨ μž‘μ—…μ„ λ‚˜νƒ€λƒ…λ‹ˆλ‹€. κ·Έλ“€μ˜ μ •μ˜μ— μ˜ν•΄, Ξ”V와 w의 μ‚°μˆ  μ§•ν›„λŠ” 항상 λ°˜λŒ€λ  κ²ƒμž…λ‹ˆλ‹€ :

Eq3

이 방정식과 μΌμ •ν•œ μ••λ ₯(Ξ”E = qp + w)μ—μ„œλ‚΄λΆ€ μ—λ„ˆμ§€μ˜ μ •μ˜λ₯Ό μ—”νƒˆν”Ό λ³€κ²½ 방정식 수율둜 λŒ€μ²΄ν•©λ‹ˆλ‹€.

Eq4

μ—¬κΈ°μ„œ qpλŠ” μΌμ •ν•œ μ••λ ₯의 μ‘°κ±΄μ—μ„œ λ°˜μ‘μ˜ μ—΄μž…λ‹ˆλ‹€.

λ”°λΌμ„œ, 화학적 λ˜λŠ” 물리적 과정이 ν™•μž₯ λ˜λŠ”μˆ˜μΆ•(P-V μž‘μ—…)으둜 μΈν•œ μœ μΌν•œ μž‘μ—…μœΌλ‘œ μΌμ •ν•œ μ••λ ₯으둜 μˆ˜ν–‰λ˜λŠ” 경우, 곡정에 λŒ€ν•œ 열흐름(qp)및 μ—”νƒˆν”Ό λ³€κ²½(Ξ”H)μ€λ™μΌν•˜λ‹€.

λΆ„μ   λ²„λ„ˆλ₯Ό μž‘λ™ν•˜λ©΄μ„œ λ°œμƒν•˜λŠ” 열은 λŒ€κΈ°μ˜ 본질적으둜 μΌμ •ν•œ μ••λ ₯μ—μ„œ λ°œμƒν•˜κΈ° λ•Œλ¬Έμ— λ°œμƒν•˜λŠ” 메탄 μ—°μ†Œ λ°˜μ‘μ˜ μ—”νƒˆν”Ό 변화와 κ°™μŠ΅λ‹ˆλ‹€. ν™”ν•™μžλŠ” 일반적으둜 정상적인 λŒ€κΈ° μ‘°κ±΄ν•˜μ—μ„œ qp = Ξ”Hλ₯Όκ°€μ§„ μΌμ •ν•œ μ™ΈλΆ€ μ••λ ₯μ—μ„œ μ‹€ν—˜μ„ μˆ˜ν–‰ν•˜λ―€λ‘œ ν™”ν•™ λ°˜μ‘μ˜ μ—΄ λ³€ν™”λ₯Ό κ²°μ •ν•˜λŠ” 데 κ°€μž₯ νŽΈλ¦¬ν•œ 선택이 λ©λ‹ˆλ‹€.

μ—”νƒˆν”Ό λ³€ν™”μ˜ 음수 값인 Ξ”H & 0은 외동적인 λ°˜μ‘(μ£Όλ³€ ν™˜κ²½μ— μ£Όμ–΄μ§€λŠ” μ—΄)을 λ‚˜νƒ€λƒ…λ‹ˆλ‹€. μ–‘μˆ˜ 값인 Ξ”H > 0은, μ™Έμ—΄μ„± λ°˜μ‘(μ£Όλ³€μ—μ„œ 흑수된 μ—΄)을 λ‚˜νƒ€λ‚Έλ‹€. ν™”ν•™ λ°©μ •μ‹μ˜ λ°©ν–₯이 λ°˜μ „λ˜λ©΄ Ξ”H의 μ‚°μˆ  ν‘œμ‹œκ°€ λ³€κ²½λ©λ‹ˆλ‹€(ν•œ λ°©ν–₯으둜 ν’λ“±λ˜λŠ” 곡정은 λ°˜λŒ€ λ°©ν–₯으둜 ν‡΄μ—­λ©λ‹ˆλ‹€).

κ°œλ…μ μœΌλ‘œ, Ξ”E(μ—΄ 및 μž‘λ™ 의 척도) 및 Ξ”H(μΌμ •ν•œ μ••λ ₯μ—μ„œ μ—΄μ˜ μΈ‘μ •)λŠ” λͺ¨λ‘ μ‹œμŠ€ν…œμ— λŒ€ν•œ μƒνƒœ ν•¨μˆ˜μ˜ λ³€ν™”λ₯Ό λ‚˜νƒ€λƒ…λ‹ˆλ‹€. λΆ€ν”Όκ°€ λ³€κ²½λ˜λŠ” κ³΅μ •μ—μ„œ Ξ”VλŠ”μž‘κ³ (μ–ΌμŒμ˜ 용육) 및 Ξ”E 및 Ξ”Hκ°€ λ™μΌν•©λ‹ˆλ‹€. κ·ΈλŸ¬λ‚˜, λΆ€ν”Ό λ³€ν™”κ°€ μ€‘μš”ν•œ 경우 (물의 증발), μž‘μ—…μœΌλ‘œ μ „μ†‘λ˜λŠ” μ—λ„ˆμ§€μ˜ 양은 μ€‘μš”ν•  것이닀; λ”°λΌμ„œ Ξ”E와 Ξ”HλŠ” ν˜„μ €ν•˜κ²Œ λ‹€λ₯Έ 값을 κ°–μŠ΅λ‹ˆλ‹€.

이 ν…μŠ€νŠΈλŠ” Openstax, ν™”ν•™ 2e, μ„Ήμ…˜ 5.3: Enthalpyμ—μ„œ μ μš©λ©λ‹ˆλ‹€.

Suggested Reading

  1. Canagaratna, Sebastian G. "A visual aid in enthalpy calculations." Journal of Chemical Education 77, no. 9 (2000): 1178.
  2. Howard, Irmgard K. "H is for enthalpy, thanks to Heike Kamerlingh Onnes and Alfred W. Porter." Journal of chemical education 79, no. 6 (2002): 697.
  3. Van Ness, Hendrick C. Classical thermodynamics of non-electrolyte solutions. Elsevier, 2015.
     

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