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화학실험 - 헤스의 법칙
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1. Abstract Introduction
겨울에 자주 쓰는 손난로의 원리는 무엇일까 여러 측면에서 말할 수 있겠지만 가장먼저 떠오르는 것은 ‘물질이 상태변화를 하면서 열을 방출한다.’일 것이다. 이 외에도 우리는 생활 속에서 물질이 상태변화를 하며 열을 내거나 받아들이는 현상을 자주 접한다. 이처럼 열의 출입은 우리 일상에서도, 화학에서도 아주 기본적인 부분을 차지한다. 화학이란 물질의 변화에 대한 학문이고, 물질이 변할 때, 화학 변화의 전후에는 에너지의 차이가 있게 마련이다. 그리고 대부분의 경우에는 그 에너지 차이가 열의 형태를 띠며 출입을 한다. 화학반응은 주로 대기와 노출된 곳에서 행해진다. 따라서 반응하는 동안의 기압은 일정하게 유지된다. 따라서 일정한 압력 하에서의 열 출입을 결정하는 엔탈피(Enthalpy)가 무척 중요하다.(엔탈피는 그리스어 enthalpein(=열)에서 유래되었다.)
엔탈피는 미국의 물리화학자인 J Willard Gibbs에 의해 제시되었다. 엔탈피는 상태함수로 다음과 같이 정의된다. H = U + PV (U : 계의 내부에너지)
(엔탈피에 관한 자세한 개념은 뒤의 Discussion에서 다루기로 하자.)
엔탈피는 열 함량이라고도 하며 일종의 화학 에너지이다. 물질이 생성될 때 물질 속에 축적되는 에너지로, 물질마다 그 값이 서로 다르다. 따라서 엔탈피의 변화로 그 크기는 비교할 수 있지만, 물질이 가진 절대량은 알 수 없다. 따라서 우리는 엔탈피보다는 반응엔탈피(H)를 더 유용하게 이용한다. 반응엔탈피는 화학반응이 일어날 때의 엔탈피 변화로, 다음과 같이 정의 된다.
반응엔탈피(H) = H생성물질 - H반응물질
그런데 대체적으로 어떤 반응이 일어날 때에 그 엔탈피 변화를 직접 조사하기 어려운 경우가 많다. 특히 쉽게 일어나지 않는 반응들의 엔탈피변화를 측정하기란 굉장히 어렵기 때문에 대신에 간접적인 방법을 쓰게 된다.
열역학 제 1법칙은 다음과 같이 4개의 서로 다르지만 같은 내용의 정의로 표현된다.
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2013.12.26
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