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6.7:

μ—΄ν™”ν•™ λ°˜μ‘μ‹

JoVE Core
Chemistry
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JoVE Core Chemistry
Thermochemical Equations

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λŒ€λΆ€λΆ„μ˜ ν™”ν•™ λ°˜μ‘μ€ λŒ€κΈ°μ•• μ‘°κ±΄μ—μ„œ μΌμ–΄λ‚©λ‹ˆλ‹€. μΌμ •ν•œ μ••λ ₯ μ‘°κ±΄μ—μ„œ λ°˜μ‘κ³Ό κ΄€λ ¨λœ μ—΄ λ³€ν™” 델타 QλŠ” μ—”νƒˆν”Ό λ˜λŠ” λ°˜μ‘ 열이라고도 ν•˜λŠ” μ—”νƒˆν”Όμ˜ λ³€ν™” 델타 H와 κ°™μŠ΅λ‹ˆλ‹€. λ°˜μ‘μ˜ μ—”νƒˆν”ΌλŠ” 생성물과 λ°˜μ‘λ¬Όμ˜ μ—”νƒˆν”Ό μ‚¬μ΄μ˜ μ°¨μ΄μž…λ‹ˆλ‹€.μƒμ„±λ¬Όμ˜ μ—”νƒˆν”Όκ°€ λ°˜μ‘λ¬Όμ˜ μ—”νƒˆν”Όλ³΄λ‹€ 크면 델타 HλŠ” μ–‘μˆ˜μž…λ‹ˆλ‹€. μ΄λŸ¬ν•œ λ°˜μ‘μ€ 열을 ν‘μˆ˜ν•˜λŠ” 흑열성 λ°˜μ‘μž…λ‹ˆλ‹€. λ°˜λŒ€λ‘œ λ°˜μ‘λ¬Όμ˜ μ—”νƒˆν”Όκ°€ μƒμ„±λ¬Όμ˜ μ—”νƒˆν”Όλ³΄λ‹€ 크면 델타 HλŠ” μŒμˆ˜μž…λ‹ˆλ‹€.κ·ΈλŸ¬ν•œ λ°˜μ‘μ€ 열을 λ°©μΆœν•˜λŠ” λ°œμ—΄μ„± λ°˜μ‘μž…λ‹ˆλ‹€. ν™”ν•™ λ°˜μ‘μ—μ„œ μˆ˜λ°˜λ˜λŠ” μ—”νƒˆν”Ό λ³€ν™”μ˜ ν¬κΈ°λŠ” κ· ν˜• λ°©μ •μ‹μ˜ κ³„μˆ˜λ‘œ ν‘œμ‹œλœ λ°˜μ‘λ¬Ό 및 μƒμ„±λ¬Όμ˜ 화학양둠적 양에 따라 λ‹¬λΌμ§‘λ‹ˆλ‹€. μƒμ˜ ν‘œμ‹œμ™€ λ°˜μ‘μ˜ μ—”νƒˆν”Ό, 델타 Hλ₯Ό ν¬ν•¨ν•˜λŠ” κ· ν˜• ν™”ν•™ 방정식을 μ—΄ν™”ν•™ 방정식이라고 ν•©λ‹ˆλ‹€.μ—°λ£Œμ˜ 일차 곡급원인 λ©”νƒ„μ˜ μ—°μ†Œλ₯Ό 생각해 λ΄…μ‹œλ‹€. 메탄을 νƒœμš°λ©΄ μ£Όμœ„λ‘œ 열이 λ°©μΆœλ©λ‹ˆλ‹€. λ°˜μ‘μ˜ λ°œμ—΄μ„±μ€ μ—΄ν™”ν•™ λ°©μ •μ‹μ—μ„œ 음의 μ—”νƒˆν”Ό λ³€ν™”λ‘œ λ‚˜νƒ€λ‚©λ‹ˆλ‹€.μ—°μ†Œ 방정식을 톡해 1 λͺ°μ˜ λ©”νƒ„κ°€μŠ€κ°€ 2 λͺ°μ˜ μ‚°μ†Œ 기체와 λ°˜μ‘ν•˜μ—¬ 1 λͺ°μ˜ μ΄μ‚°ν™”νƒ„μ†Œ 기체와 2 λͺ°μ˜ 앑체 물을 생성할 λ•Œ 890.8 ν‚¬λ‘œ μ€„μ˜ 열이 μ£Όμœ„λ‘œ λ°©μΆœλœλ‹€λŠ” 것을 μ•Œ 수 μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€. λ°˜μ‘λ¬Ό λ˜λŠ” 생성물 κ°„μ˜ λͺ°λΉ„와 λ°˜μ‘ 열을 λ³€ν™˜ κ³„μˆ˜λ‘œ μ‚¬μš©ν•˜μ—¬ λ°˜μ‘ 쀑에 κ΅ν™˜λ˜λŠ” 열을 계산할 수 μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€. λ§Œμ•½ κ°€μŠ€ 싀린더에 25.5 ν‚¬λ‘œκ·Έλž¨μ˜ λ©”νƒ„κ°€μŠ€κ°€ λ“€μ–΄ 있고 μ‹€λ¦°λ”μ˜ λͺ¨λ“  λ©”νƒ„κ°€μŠ€κ°€ λ‹€ μ—°μ†Œλœλ‹€λ©΄ μ–Όλ§ˆλ§Œν•œ μ–‘μ˜ 열이 μƒμ„±λ κΉŒμš”?일반적으둜 κ°œλ… μ „κ°œμ—μ„œλŠ” μ§ˆλŸ‰μ„ λͺ°λ‘œ λ³€ν™˜ν•œ λ‹€μŒ λͺ°μ„ λ°˜μ‘μ—΄λ‘œ λ³€ν™˜ν•©λ‹ˆλ‹€. λ¨Όμ € 25.5 ν‚¬λ‘œκ·Έλž¨μ— 1000을 κ³±ν•˜μ—¬ 그램 λ‹¨μœ„μ˜ μ§ˆλŸ‰μ„ κ΅¬ν•©λ‹ˆλ‹€. 그런 λ‹€μŒ λ©”νƒ„μ˜ μ§ˆλŸ‰μ„ λͺ° μ§ˆλŸ‰, 즉 λͺ° λ‹Ή 16.0 그램으둜 λ‚˜λˆ„λ©΄ 1594 λͺ°μ˜ 메탄이 μ–»μ–΄μ§‘λ‹ˆλ‹€.λ§ˆμ§€λ§‰μœΌλ‘œ λ©”νƒ„μ˜ λͺ°κ³Ό λ°˜μ‘ μ—΄ μ‚¬μ΄μ˜ λ³€ν™˜ κ³„μˆ˜λ₯Ό μ‚¬μš©ν•˜λ©΄ 1594 λͺ°μ˜ 메탄은 μ—΄ 14.2 κ³±ν•˜κΈ° 10의 6제곱 ν‚€λ‘œ 쀄을 λ°©μΆœν•©λ‹ˆλ‹€. 이것이 λ°˜μ‘μ—μ„œ λ°œμƒν•œ μ—΄μž…λ‹ˆλ‹€. λ°˜μ‘μ—μ„œ 열이 λ°œμƒν•˜λ―€λ‘œ λ°˜μ‘μ€ λ°œμ—΄μ„± λ°˜μ‘μ΄κ³  κΈ°ν˜ΈλŠ” 음이 λ©λ‹ˆλ‹€.

6.7:

μ—΄ν™”ν•™ λ°˜μ‘μ‹

μΌμ •ν•œ μ••λ ₯μ—μ„œ μˆ˜ν–‰λœ ν™”ν•™ λ°˜μ‘(system)의 경우 – ν™•μž₯ λ˜λŠ” μˆ˜μΆ•μ— μ˜ν•œ μœ μΌν•œ μž‘μ—…- λ°˜μ‘μ˜ μ—”νƒˆν”Ό(λ°˜μ‘μ˜ 열이라고도 함, Ξ”Hrxn)λŠ”μ£Όλ³€κ³Ό κ΅ν™˜λœ μ—΄κ³Ό λ™μΌν•˜λ‹€(qp).

Eq1

μ—”νƒˆν”Όμ˜ λ³€ν™”λŠ” κ΄‘λ²”μœ„ν•œ 속성이며 λ°˜μ‘ (λ˜λŠ” λ°˜μ‘μžμ˜ 두더지 수)에 μ°Έμ—¬ν•˜λŠ” λ°˜μ‘μžμ˜ 양에 따라 λ‹¬λΌμ§‘λ‹ˆλ‹€. μ—”νƒˆν”Όμ˜ λ³€ν™”λŠ” λ°˜μ‘μ— κ΅­ν•œλ˜λ©°, λ°˜μ‘λ° μ œν’ˆ μ’…μ˜ 물리적 μƒνƒœκ°€ μ€‘μš”ν•˜λ‹€. μ™Έλž˜ λ°˜μ‘μ€ -Ξ”Hrxn 값을 νŠΉμ§•μœΌλ‘œν•˜λ©°, 엔더믹 λ°˜μ‘μ€ +Ξ”Hrxn κ°’μ„κ°€ν•©λ‹ˆλ‹€.

λ°˜μ‘μ— μ˜ν•΄ λ°©μΆœλ˜κ±°λ‚˜ ν‘μˆ˜λ˜λŠ” μ—΄μ˜ 양은 λ°˜μ‘μ— μ˜ν•΄ μ†ŒλΉ„λ˜κ±°λ‚˜ μƒμ„±λœ 각 물질의 양에 ν•΄λ‹Ήν•˜κΈ° λ•Œλ¬Έμ—, 물질과 μ—λ„ˆμ§€ 의 λ³€ν™”λ₯Ό λ‚˜νƒ€λ‚΄κΈ° μœ„ν•΄ μ—΄ν™”ν•™ 방정식을 μ‚¬μš©ν•˜λŠ” 것이 νŽΈλ¦¬ν•˜λ‹€. μ—΄ν™”ν•™ λ°©μ •μ‹μ—μ„œ, λ°˜μ‘μ˜ μ—”νƒˆν”Όμ˜ λ³€ν™”λŠ” Ξ”HrxnμœΌλ‘œλ‚˜νƒ€λ‚΄λ©°, 일반적으둜 λ°˜μ‘μ— λŒ€ν•œ 방정식에 따라 μ œκ³΅λœλ‹€. Ξ” Hrxn의 ν¬κΈ°λŠ” ν™”ν•™ 방정식에 λ‚˜νƒ€λ‚œ λ°˜μ‘κ³Ό κ΄€λ ¨λœ μ—΄μ˜ 양을 λ‚˜νƒ€λƒ…λ‹ˆλ‹€. Ξ” Hrxn의 μ§•ν›„λŠ” λ°˜μ‘μ΄ μ„œλ©΄μœΌλ‘œ μ„œμˆ λœ 바와 같이 μ™Έν˜• λ˜λŠ” 동체인지λ₯Ό λ‚˜νƒ€λƒ…λ‹ˆλ‹€. λ‹€μŒ λ°©μ •μ‹μ—μ„œλŠ” μˆ˜μ†Œ κ°€μŠ€ 1두더지와 μ‚°μ†Œ κ°€μŠ€ 1/2 두더지(일뢀 μ˜¨λ„ 및 μ••λ ₯)κ°€ 앑체 λ¬Ό 1두더지(λ™μΌν•œ μ˜¨λ„ 및 μ••λ ₯)λ₯Ό ν˜•μ„±ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ λ°˜μ‘ν•©λ‹ˆλ‹€.

Eq1

이 방정식은 286 kJ의 열이 μ£Όλ³€ ν™˜κ²½μ— λ°©μΆœλ¨μ„ λ‚˜νƒ€λƒ…λ‹ˆλ‹€. 즉, μ†ŒλΉ„λ˜λŠ” μˆ˜μ†Œμ˜ λͺ¨λ“  두더지 λ˜λŠ” μƒμ‚°λ˜λŠ” 물의 λͺ¨λ“  두더지에 λŒ€ν•΄ 286 kJ의 열이 λ°©μΆœλ©λ‹ˆλ‹€(λ°˜μ‘μ€ μ™Έλ™μ μž„). λ”°λΌμ„œ, λ°˜μ‘μ˜ μ—”νƒˆν”ΌλŠ” λ°˜μ‘μ˜ νŠΉμ • 양을 ν¬ν•¨ν•˜λŠ” λ°˜μ‘ 쀑에 λ°©μΆœλ˜κ±°λ‚˜ ν‘μˆ˜λ˜λŠ” μ—΄μ˜ 양을 κ³„μ‚°ν•˜λŠ” 데 μ‚¬μš©λ  수 μžˆλŠ” λ³€ν™˜ κ³„μˆ˜μ΄λ‹€.

Eq1

ν™”ν•™ λ°©μ •μ‹μ˜ κ³„μˆ˜κ°€ 일뢀 μš”μΈ(즉, 물질의 양이 λ³€κ²½λ˜λŠ” 경우)을 κ³±ν•˜λ©΄ μ—”νƒˆν”Όμ˜ λ³€ν™”κ°€ λ™μΌν•œ 인자λ₯Ό κ³±ν•΄μ•Ό ν•©λ‹ˆλ‹€.

(μ–‘2λ°° 증가)

Eq1

(κΈˆμ•‘μ˜ 2λ°° κ°μ†Œ)

Eq1

λ°˜μ‘μ˜ μ—”νƒˆν”Ό λ³€ν™”κ°€ λ°˜μ‘λ¬Όμ§ˆ 및 μ œν’ˆμ˜ 물리적 μƒνƒœμ— 달렀 μžˆμŒμ„ μ„€λͺ…ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ 기체 μˆ˜λΆ„ (λ˜λŠ” 수증기)의 ν˜•μ„±μ„ κ³ λ €ν•˜μ‹­μ‹œμ˜€. μˆ˜μ†Œ κ°€μŠ€ 1두더기와 μ‚°μ†Œ κ°€μŠ€ 1/2 두더지가 기체수 1두더지가 ν˜•μ„±λ˜λ©΄ 앑체 물이 ν˜•μ„±λ  λ•Œ λ°©μΆœλ˜λŠ” 286kJ의 μ—΄κ³ΌλŠ” 달리 242kJ의 μ—΄λ§Œ λ°©μΆœλ©λ‹ˆλ‹€.

Eq1

Suggested Reading

  1. Canagaratna, Sebastian G. "A visual aid in enthalpy calculations." Journal of Chemical Education 77, no. 9 (2000): 1178.
  2. Keifer, David. "Enthalpy and the Second Law of Thermodynamics." Journal of Chemical Education 96, no. 7 (2019): 1407-1411.
  3. Khalil, Mutasim I. "Calculating enthalpy of reaction by a matrix method." Journal of Chemical Education 77, no. 2 (2000): 185.