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6.10:

ν—€μŠ€μ˜ 법칙

JoVE Core
Chemistry
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JoVE Core Chemistry
Hess’s Law

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μ „κΈ° μžλ™μ°¨μ—μ„œ λˆ„μΆœλ˜λŠ” μˆ˜μ†Œ κ°€μŠ€λŠ” λŒ€κΈ° μ€‘μ˜ 였쑴측과 λ°˜μ‘ν•˜μ—¬ 물을 생성할 수 μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€. 이런 λ°˜μ‘μ˜ κ²½μš°μ—λŠ” μ‹€ν—˜μ‹€ ν™˜κ²½μ—μ„œ μ—”νƒˆν”Ό λ³€ν™”λ₯Ό 직접 μΈ‘μ •ν•˜κΈ°λŠ” μ–΄λ ΅μŠ΅λ‹ˆλ‹€. κ·ΈλŸ¬λ‚˜ μ΄λŸ¬ν•œ λ°˜μ‘μ„ μ‹€ν—˜μ‹€μ—μ„œ 두 λ‹¨κ³„λ‘œ λ‚˜λˆ„μ–΄ 각 λ‹¨κ³„μ˜ μ—”νƒˆν”Όλ₯Ό μΈ‘μ •ν•˜μ—¬ μˆ˜ν–‰ν•  수 μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€.1λ‹¨κ³„μ—μ„œ μ‚°μ†Œ κΈ°μ²΄λŠ” 였쑴 κ°€μŠ€λ‘œ λ³€ν™˜λ˜λ©° μ΄λ•Œ 델타 H_1은 285.4ν‚¬λ‘œ 쀄과 κ°™μŠ΅λ‹ˆλ‹€. 2λ‹¨κ³„μ—μ„œλŠ” μˆ˜μ†Œ 기체와 μ‚°μ†Œ 기체가 κ²°ν•©ν•˜μ—¬ 수증기λ₯Ό μƒμ„±ν•˜λ©° μ΄λ•Œ 델타 H_2λŠ” λ§ˆμ΄λ„ˆμŠ€ 483.6ν‚¬λ‘œ 쀄과 κ°™μŠ΅λ‹ˆλ‹€. μ—”νƒˆν”ΌλŠ” μƒνƒœ ν•¨μˆ˜μ΄κΈ° λ•Œλ¬Έμ— λ°˜μ‘μ˜ μ—”νƒˆν”Ό λ³€ν™”λŠ” 쀑간 단계에 관계없이 κ³„μ˜ 초기 μƒνƒœμΈ μˆ˜μ†Œμ™€ 였쑴, 그리고 μ΅œμ’… μƒνƒœμΈ λ¬Όμ—λ§Œ μ˜μ‘΄ν•©λ‹ˆλ‹€.ν—€μŠ€μ˜ 총 μ—΄λŸ‰ λΆˆλ³€μ˜ λ²•μΉ™μ—μ„œλŠ” ν™”ν•™ 방정식이 μ—¬λŸ¬ λ‹¨κ³„λ‘œ μž‘μ„±λ  수 μžˆλ‹€λ©΄ κ·Έ 방정식에 λŒ€ν•œ 순 μ—”νƒˆν”Ό λ³€ν™”λŠ” 각 λ‹¨κ³„μ˜ μ—”νƒˆν”Όλ“€μ˜ ν•©μœΌλ‘œ μ •μ˜λ  수 μžˆλ‹€κ³  μ„€λͺ…ν•©λ‹ˆλ‹€. 보톡 μ—΄ν™”ν•™ λ°˜μ‘μ€ λ°˜μ‘λ“€μ˜ 합이 주어진 λ°˜μ‘κ³Ό 같도둝 λ§žμΆ”μ–΄ μ£Όμ–΄μ•Ό ν•©λ‹ˆλ‹€. λ°˜μ‘μ˜ ν™”ν•™λŸ‰λ‘ μ  μ–‘κ³Ό λ°©ν–₯을 λ³€κ²½ν•  수 있으며 λ§žμΆ”μ–΄ μ£ΌλŠ” 각 λ°˜μ‘μ˜ μƒˆλ‘œμš΄ μ—”νƒˆν”Όλ₯Ό κ²°μ •ν•  수 μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€.이 μ˜ˆμ œμ—μ„œλŠ” μ•Œλ €μ§€μ§€ μ•Šμ€ λ°˜μ‘μ˜ μ—”νƒˆν”Όλ₯Ό μ°ΎκΈ° μœ„ν•΄ μ—”νƒˆν”Όμ˜ λ³€ν™”λ₯Ό μ•Œκ³  μžˆλŠ” 두 단계λ₯Ό μΆ”κ°€ν•  수 μ—†μŒμ„ 보여 μ€λ‹ˆλ‹€. μ™œλƒν•˜λ©΄ 첫 번째 λ°©μ •μ‹μ—μ„œλŠ” 였쑴이 μƒμ„±λ¬Όμ΄μ§€λ§Œ 관심을 λ‘λŠ” λ°˜μ‘μ—μ„œλŠ” 였쑴이 λ°˜μ‘λ¬Όμ΄κΈ° λ•Œλ¬Έμž…λ‹ˆλ‹€. 이것을 ν•΄λͺ…ν•˜κΈ° μœ„ν•΄μ„œ 첫 번째 방정식인 흑열 λ°˜μ‘μ€ μ˜€μ‘΄μ„ μ‚°μ†Œλ‘œ λΆ„ν•΄ν•˜μ—¬ 285.4ν‚¬λ‘œμ€„μ„ λ°©μΆœν•˜λŠ” μ—­ λ°œμ—΄ λ°˜μ‘μœΌλ‘œ μ „ν™˜λ˜μ–΄μ•Ό ν•©λ‹ˆλ‹€.μƒˆ 델타 HλŠ” 값은 κ°™μ§€λ§Œ λΆ€ν˜ΈλŠ” λ°˜λŒ€μž…λ‹ˆλ‹€. κ·ΈλŸΌμ—λ„ λΆˆκ΅¬ν•˜κ³  1단계와 2λ‹¨κ³„μ˜ μ—­μˆœμ„ 더해도 ν™”ν•™μ–‘λ‘ κ³„μˆ˜κ°€ λ‹€λ₯΄κΈ° λ•Œλ¬Έμ— 였쑴이 물둜 λ³€ν™˜λ  λ•Œμ™€ 같이 3λͺ°μ˜ 물이 생기지 μ•ŠμŠ΅λ‹ˆλ‹€. 이λ₯Ό ν•΄κ²°ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ 각 λ°˜μ‘μ˜ ν™”ν•™μ–‘λ‘ κ³„μˆ˜ 및 κ΄€λ ¨ μ—”νƒˆν”Ό 변화에 μ μ ˆν•œ 수λ₯Ό κ³±ν•˜μ—¬ μ›ν•˜λŠ” λ°˜μ‘μ—μ„œμ˜ κ³„μˆ˜μ™€ μƒμ‡„λ˜λ„λ‘ ν•΄μ•Ό ν•©λ‹ˆλ‹€.μ—”νƒˆν”Ό λ³€ν™”κ°€ λ°˜μ‘λ¬Ό 및 μƒμ„±λ¬Όμ˜ 양에 따라 달라지기 λ•Œλ¬Έμ— κ³„μˆ˜μ™€ μ—”νƒˆν”Ό λ³€ν™” μ‚¬μ΄μ˜ λΉ„μœ¨μ€ μΌμ •ν•˜κ²Œ μœ μ§€λ©λ‹ˆλ‹€. 3 λͺ°μ˜ 물을 μ–»κΈ° μœ„ν•΄ 단계 2에 2λΆ„μ˜ 3을 κ³±ν•˜μ—¬ μƒˆ 델타 H_2에 λ§ˆμ΄λ„ˆμŠ€725.4 ν‚¬λ‘œ μ€„μ˜ 값을 쀄 수 μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€. 1 λͺ°μ˜ μ˜€μ‘΄μ„ μ†ŒλΉ„ν•˜λ €λ©΄ 1λ‹¨κ³„μ˜ 역과정에 2λΆ„μ˜ 1을 κ³±ν•˜μ—¬ μƒˆ 델타 H_1에 λ§ˆμ΄λ„ˆμŠ€ 142.7 ν‚¬λ‘œ 쀄을 λΆ€μ—¬ν•΄μ•Ό ν•©λ‹ˆλ‹€.λ³€ν˜•λœ μ—΄ν™”ν•™ 방정식을 ν•©ν•˜κ³  λ°˜μ‘λ¬Όκ³Ό 생성물 λͺ¨λ‘μ— λ‚˜νƒ€λ‚˜λŠ” 화합물듀을 μƒμ‡„ν•˜λ©΄ κ΄€μ‹¬ν•˜λŠ” λ°˜μ‘μ„ 얻을 수 μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€. μƒˆλ‘œμš΄ 델타 H 1κ³Ό H 2 λ₯Ό λ”ν•˜λ©΄ μˆ˜μ†Œμ™€ 였쑴 μ‚¬μ΄μ˜ λ°˜μ‘μ— λŒ€ν•œ μ—”νƒˆν”Ό λ³€ν™”λŠ” λ§ˆμ΄λ„ˆμŠ€ 868.1 ν‚¬λ‘œ μ€„μž…λ‹ˆλ‹€.

6.10:

ν—€μŠ€μ˜ 법칙

ν™”ν•™ 적 변화에 κ΄€λ ¨λœ μ—΄μ˜ 양을 κ²°μ •ν•˜λŠ” 두 가지 방법이 μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€ : μ‹€ν—˜μ μœΌλ‘œ μΈ‘μ •ν•˜κ±°λ‚˜ λ‹€λ₯Έ μ‹€ν—˜μ μœΌλ‘œ κ²°μ •λœ μ—”νƒˆν”Ό λ³€ν™”μ—μ„œ κ³„μ‚°ν•©λ‹ˆλ‹€. 일뢀 λ°˜μ‘μ€ μ‹€ν—˜μ μœΌλ‘œ μ •ν™•ν•œ 츑정을 μ‘°μ‚¬ν•˜κ³  ν•˜λŠ” 것이 λΆˆκ°€λŠ₯ν•˜μ§€λŠ” μ•Šλ”λΌλ„ μ–΄λ ΅μŠ΅λ‹ˆλ‹€. 그리고 λ°˜μ‘μ΄ μˆ˜ν–‰ν•˜κ±°λ‚˜ μΈ‘μ •ν•˜κΈ° 어렡지 μ•Šλ”λΌλ„ μ‹€ν—˜μ„ μˆ˜ν–‰ν•˜μ§€ μ•Šκ³ λ„ λ°˜μ‘μ— κ΄€λ ¨λœ 열을 κ²°μ •ν•  수 μžˆλŠ” 것이 νŽΈλ¦¬ν•˜λ‹€.

μ΄λŸ¬ν•œ μœ ν˜•μ˜ κ³„μ‚°μ—λŠ” 일반적으둜 ν—€μŠ€μ˜ 법칙을 μ‚¬μš©ν•˜λŠ” μž‘μ—…μ΄ ν¬ν•¨λ˜λ©°, ν”„λ‘œμ„ΈμŠ€λ₯Ό μ—¬λŸ¬ 단계별 ν”„λ‘œμ„ΈμŠ€μ˜ ν•©μœΌλ‘œ μž‘μ„±ν•  수 μžˆλŠ” 경우 총 ν”„λ‘œμ„ΈμŠ€μ˜ μ—”νƒˆν”Ό 변경은 λ‹€μ–‘ν•œ λ‹¨κ³„μ˜ μ—”νƒˆν”Ό λ³€κ²½ 의 합계와 κ°™μŠ΅λ‹ˆλ‹€. ν—€μŠ€μ˜ 법칙은 κ΅­κ°€ κΈ°λŠ₯이기 λ•Œλ¬Έμ— μœ νš¨ν•©λ‹ˆλ‹€: μ—”νƒˆν”Ό 변경은 ν™”ν•™ 곡정이 μ‹œμž‘λ˜κ³  λλ‚˜λŠ” μœ„μΉ˜μ—λ§Œ μ˜μ‘΄ν•˜μ§€λ§Œ μ²˜μŒλΆ€ν„° λκΉŒμ§€ κ±Έλ¦¬λŠ” κ²½λ‘œμ—λŠ” μ μš©λ˜μ§€ μ•ŠμŠ΅λ‹ˆλ‹€. 예λ₯Ό λ“€μ–΄, μ΄μ‚°ν™”νƒ„μ†Œλ₯Ό ν˜•μ„±ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ μ‚°μ†Œλ₯Ό 가진 νƒ„μ†Œμ˜ λ°˜μ‘μ€ 직접 λ˜λŠ” 2단계 곡정에 μ˜ν•΄ λ°œμƒν•©λ‹ˆλ‹€. 직접 ν”„λ‘œμ„ΈμŠ€λŠ” λ‹€μŒκ³Ό 같이 μž‘μ„±λ©λ‹ˆλ‹€.

Eq1

2단계 κ³΅μ •μ—μ„œ 첫 번째 μΌμ‚°ν™”νƒ„μ†Œκ°€ ν˜•μ„±λ©λ‹ˆλ‹€.

Eq2

그런 λ‹€μŒ μΌμ‚°ν™”νƒ„μ†Œκ°€ μ΄μ‚°ν™”νƒ„μ†Œλ₯Ό ν˜•μ„±ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ 더 λ°˜μ‘ν•©λ‹ˆλ‹€.

Eq3

μ „λ°˜μ μΈ λ°˜μ‘μ„ μ„€λͺ…ν•˜λŠ” 방정식은 이 두 가지 ν™”ν•™ 적 λ³€ν™”μ˜ ν•©κ³„μž…λ‹ˆλ‹€.

Eq4

1λ‹¨κ³„μ—μ„œ μƒμ‚°λ˜λŠ” COλŠ” 2λ‹¨κ³„μ—μ„œ μ†ŒλΉ„λ˜λ―€λ‘œ 순 변경은 λ‹€μŒκ³Ό 같은 κ²ƒμž…λ‹ˆλ‹€.

Eq5

ν—€μŠ€μ˜ 법칙에 λ”°λ₯΄λ©΄, λ°˜μ‘μ˜ μ—”νƒˆν”Ό 변경은 λ‹¨κ³„μ˜ μ—”νƒˆν”Ό λ³€ν™”μ˜ 합계와 λ™μΌν•©λ‹ˆλ‹€.

Eq6

전체 λ°˜μ‘μ˜ Ξ”HλŠ” ν•œ 단계 λ˜λŠ” 2λ‹¨κ³„μ—μ„œ λ°œμƒν•˜λŠ”μ§€ 여뢀에 관계없이 λ™μΌν•©λ‹ˆλ‹€. 이 발견(전체 λ°˜μ‘μ˜ λ°˜μ‘μ— λŒ€ν•œ 전체 Ξ”H = 전체 λ°˜μ‘μ˜ λ°˜μ‘ “단계”에 λŒ€ν•œ Ξ”H κ°’μ˜ ν•©)은 ν™”ν•™ 적 및 물리적 곡정에 λŒ€ν•΄ 일반적으둜 μ‚¬μ‹€μž…λ‹ˆλ‹€.

Hess의 법칙을 μ‚¬μš©ν•˜μ—¬ 문제λ₯Ό ν•΄κ²°ν•˜λŠ” λ™μ•ˆ μœ μš©ν•˜λ‹€λŠ” 것을 증λͺ…ν•˜λŠ” Ξ”H의 두 가지 μ€‘μš”ν•œ κΈ°λŠ₯이 μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€. μ΄λŠ” Ξ”Hκ°€ λ°˜μ‘λ¬Όμ§ˆ λ˜λŠ” μ œν’ˆμ˜ μˆ˜λŸ‰μ— μ§μ ‘μ μœΌλ‘œ λΉ„λ‘€ν•˜κ³ , λ°˜μ‘(λ˜λŠ” μ—΄ν™”ν•™ 방정식)을 μ„ μ˜λ‘œ λ³€κ²½ν•˜μ—¬ Ξ”Hλ₯Ό 그에 따라 λ³€ν™”ν•œλ‹€λŠ” 사싀에 κ·Όκ±°ν•œλ‹€.

예λ₯Ό λ“€μ–΄, NO2(g)의1두더λ₯Ό ν˜•μ„±ν•˜λŠ” λ°˜μ‘μ— λŒ€ν•œ μ—”νƒˆν”Ό λ³€ν™”λŠ” +33.2 kJμž…λ‹ˆλ‹€.

Eq7

NO2의 두더지 2개(두 λ°°)κ°€ ν˜•μ„±λ˜λ©΄ Ξ”Hκ°€ 두 λ°°λ‚˜ ν½λ‹ˆλ‹€.

Eq8

일반적으둜 ν™”ν•™ 방정식을 κ³±ν•˜κ±°λ‚˜ λ‚˜λˆ„λŠ” 경우 μ—”νƒˆν”Όμ˜ 변화도 λ™μΌν•œ 숫자둜 κ³±ν•˜κ±°λ‚˜ λΆ„ν• λ˜μ–΄μ•Ό ν•©λ‹ˆλ‹€.

ν•œ λ°©ν–₯으둜 λ°˜μ‘μ— λŒ€ν•œ Ξ”HλŠ” λ°˜λŒ€ λ°©ν–₯으둜 λ°˜μ‘ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ Ξ”H에 λŒ€ν•œ 기호의 크기와 λ°˜λŒ€κ°€ λ™μΌν•˜λ‹€. 예λ₯Ό λ“€μ–΄:

Eq9

그런 λ‹€μŒ μ—­λ°˜μ‘μ˜ 경우 μ—”νƒˆν”Ό 변경도 λ°˜μ „λ©λ‹ˆλ‹€.

Eq10

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

Suggested Reading

  1. Davis, Thomas W. "A common misunderstanding of Hess' law." Journal of Chemical Education 28, no. 11 (1951): 584.
  2. Lee, A. L., H. L. Feldkirchner, F. C. Schora, and J. J. Henry. "Heat of Reaction of Hydrogen and Coal." Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development 7, no. 2 (1968): 244-249.