엔탈피 계산

화학반응의 엔탈피 계산하기

화학반응 → 열은 주위로 방출되기도 하고 흡수됨

반응엔탈피 → 화학반응계와 주위가 교환하는 열

     엔탈피(H)는 직접적으로 측정할 수가 없음.

     반응이 진행되는 동안 온도변화를 측정하여 엔탈피변화(∆H라고 쓴다)를 측정

 

∆H값으로 반응이 열을 내놓는지(발열반응) 또는 열을 흡수하는지(흡열반응) 판단

 

M : 반응물 전체의 질량,

S : 비열

∆T : 온도 변화

엔탈피변화는 ∆H = m x s x ∆T으로 표현된다.

 

1. 주어진 반응의 반응물과 생성물을 파악

모든 화학반응 → 반응물과 생성물

반응물 : 결합하거나 분해되면서 생성물을 만드는 화합물

생성물 : 화학반응으로 만들어진 화합물

      반응물 → 레시피에 적힌 요리 재료

      생성물 → 완성된 요리

 

화학반응의 ∆H를 알기 위해서

    반응물과 생성물이 뭔지 알아야 함.

    예) 수소와 산소로부터 물을 생성하는 반응에서의 반응엔탈피를 구하자

: 2H2 (수소) + O2 (산소) → 2H2O (물).

: 이 화학반응식에서, H2와 O2가 반응물이고, H2O가 생성물이다.

 

2. 반응물의 총 질량을 구하라. 

반응물의 질량

    질량을 모르거나 저울로 측정할 수 없다면,

    분자량을 이용해서 실제 질량을 구할 수 있다.

    분자량은 주기율표에 있는 원자들 각각의 원자량을 더해서 구할 수도 있고

    화합물의 정보를 인터넷 등지에서 찾아봐도 알 수 있음.

단순히 분자량을 반응물의 몰수에 곱하는 것으로 반응물의 질량을 구할 수 있음.

 

물 생성 반응

반응물 : 수소 (기체) -> 분자량은 2g/mol. : 2몰의 수소(반응식에서 수소의 계수가 2이다).

반응물 : 산소 (기체) -> 분자량은 32g/mol. : 1몰의 산소(반응식에서 산소의 계수는 1이다).

반응물의 총 질량은 다음과 같다:

     2mol × (2g/mol) + 1mol × (32g/mol) = 4g + 32g = 36g

 

3. 생성물의 비열을 찾아라. 

: 모든 원소와 분자들은 고유의 비열 값이 있음. -> 값들은 상수임

 - 일반적으로 원소와 화합물의 성질들

 - 화학 교과서 맨 뒤의 부록에서 찾음

 

: 비열을 측정하는 데는 여러가지 방법이 있음

 - 여기서는 joule/gram °C 단위 값을 사용

 - 화학반응식에 생성물이 여럿이면, 생성물 각각을 만드는 부분 반응에 대해서 엔탈피변화를 계산함

 - 계산값들 모두를 합쳐서 전체 반응의 엔탈피변화를 구함.

 

: 물 생성반응에서, 최종생성물은 물이다.

 - 물의 비열은 약 4.2 joule/gram °C.

 

4. 반응 전후의 온도 차이를 구함. 

: 반응 전과 후의 온도차이 -> ∆T를 구함.

 - 최종온도(T2)에서 초기온도(T1)을 빼면 됨.

 - 일반적으로 절대온도(K)를 사용, 섭씨(°C)로 계산해도 같은 값을 얻을 수 있음.

       > 반응 초기 온도는 185K였고, > 반응이 끝나고는 95K으로 온도일때.

       > ∆T는 다음과 같이 계산 :  ∆T = T2 – T1 = 95K – 185K = -90K

 

5. 공식(∆H = m x s x ∆T)을 써서 반응 엔탈피를 구한다. 

반응물의 총 질량 m,

생성물의 비열 s,

온도 변화인 ∆T를 모두 구했다면 이제 엔탈피를 계산할 준비가 모두 되었다.

 

공식(∆H = m x s x ∆T )에 대입하면 반응엔탈피를 구함

답은 에너지 단위인 쥴(Joule, J)으로 표현.

예로 들었던 반응의 엔탈피

: ∆H = (36g) × (4.2 JK-1 g-1) × (-90K ) = -13,608 J

 

6. 주어진 반응이 열을 내놓는지 흡수하는지 판단한다. 

: 반응 엔탈피를 계산하는 가장 흔한 이유는 반응이

    발열반응(주위로 열을 내놓는 반응)

    흡열반응(주위에서 열을 흡수하는 반응)

 

: 계산된 반응엔탈피의 부호가

    “ + ” 플러스라면 → 흡열반응

    “ - “ 마이너스라면 → 발열반응

           숫자의 절대값이 커질수록 더 많은 열을 흡수, 방출

 

: 강한 발열반응

  - 많은 열을 내놓음, > 충분히 빠른 반응 > 폭발.

 

: 예) 물의 반응엔탈피  -13,608J로 계산됨.

→ 부호가 마이너스이기 때문에 발열반응.

→ H2와 O2는 반응물이 기체, 생성물이 H2O는 액체

→ 즉, 뜨거운 기체가 액화가 되려 에너지를 잃고 냉각이 필요

→ H2O의 생성은 발열반응.

 

출처  : https://ko.wikihow.com/%ED%99%94%ED%95%99%EB%B0%98%EC%9D%91%EC%9D%98-%EC%97%94%ED%83%88%ED%94%BC-%EA%B3%84%EC%82%B0%ED%95%98%EA%B8%B0