열화학 반응식

0℃ 1 atm에서 얼음은 녹아서 액체인 물로 된다.

이 조건에서 액체인 물로 변하는 얼음 1 mol에 대해 얼음(계)이 흡수한 열 에너지는 6.01 kJ로 측정된다.

압력이 일정하기 때문에 열 변화는 엔탈피 변화(△H)와 같다.

게다가 얼음이 녹을 때는 에너지를 흡수하며 변화가 일어날 것이라고 예상할 수 있듯이(그림 6.5a) 이는 흡열 과정이다. 결국 △H가 양의 값이다. 이러한 물리적 변화를 식으로 쓰면 아래와 같다.

△H에 대한 단위에서 “몰당” 이란 말은 엔탈피 변화가 반응식에 쓰인 대로 반응(혹은 과정)의 몰당 엔탈피 변화라는 것을 의미한다.

이 경우 얼음 1 mol이 액체인 물 1 mol로 전환될 때이다.

 

다른 예로, 천연 가스의 주성분인 메테인(CH)의 연소를 생각해 보자.

천연 가스가 연소할 때 주위에 열을 방출한다는 것은 경험적으로 알 수 있으며, 따라서 이 반응은 발열 과정이다.

일정 압력 조건에서 이 열 변화는 엔탈피 변화와 같고 △H는 반드시 음의 값을 가져야 한다(그림 6.5b).

 

△H에 대한 몰당 반응 단위는 CH4 1 mol이 022 mol과 반응하여 CO2 1 mol과 액체 H2O 2 mol을 생성할 때, 890.4 kJ의 열이 주위로 방출되는 것을 의미한다.

△H 값은 특정한 반응물이나 생성물을 참조하는 것이 아니라 모든 반응물의 몰당량을 참조하여 얻어진다는 점을 주목해야 한다.

따라서 다음과 같이 관계를 생각할 수 있다.

△H의 단위는 통상적으로 kJ/mol로 쓰며, 이 단위를 쓰는 것의 장점은 다음번에 열역학을 공부할 때 분명해질 것이다.

얼음이 녹거나 메테인이 연소하는 반응식들은 질량 관계뿐만 아니라 엔탈피 변화도 보여 주는 열화학 반응식(thermochemical equation)이라 한다.

반응에서 엔탈피 변화를 말할 때, 균형 맞춘 반응식을 명시하는 것은 중요하다.

메테인 기체가 분젠 버너에서 타고 있다.

 

다음 지침은 열화학 반응식을 쓰거나 이해하는 데 도움을 준다.
1. 열화학 반응식을 쓸 때 모든 반응물과 생성물에 대해서 물리적 상태를 표시해야 한다.
   왜냐하면 이렇게 함으로써 실제 엔탈피 변화를 결정하는 데 도움이 되기 때문이다.

  예를 들어 메테인의 연소식에서 생성물로 액체인 물이 아니라 수증기가 생성된다면 다음과 같다.

그림6.5 (a) 0℃에서 얼음 1 mol을 녹이는 것은 계에 6.01 KJ의 엔탈피 증가를 가져온다. (b) 메테인 1 mol을 산소 기체 안에서 태우는 것은 계에 890.4 KJ의 엔탈피 감소를 가져온다.