엔탈피

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엔탈피는 그리스어 enthalpein, (따뜻하게 하다) 에 어원을 둔다. 엔탈피의 시초는 종종 1850년 Benoît Paul Émile Clapeyron 와 Rudolf Clausius 가 출판한 Clausius–Clapeyron relation 에서 비롯되었다고 오해되곤 한다. 이러한 오해는 1927년에 The Mollier Steam Tables and Diagrams이 출판 되면서 대중화 되었다. 그러나 실제로 엔탈피라는 개념이나 단어의 언급은 Clapeyron 의 죽음 전까지 출현하지 않았다.

엔탈피에 대한 개념은 1875년 까지 문헌에 기록되지 않았다. 첫번째 기록은   Josiah Willard Gibbs 가 `일정한 압력속에서 열에 대한 함수`라고 엔탈피의 개념을 소개한 것이다. 그러나 이 역시 그의 논문 속에서 엔탈피라는 단어를 사용하지는 않았다. 
엔탈피라는 단어 자체는 1909년 J. P. Dalton이 과학문헌에 사용하면서 최초로 등장한다.  문헌에서 사용된 엔탈피는 실제로 Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926) 가 처음 만들어 낸 것이다. 
수 년에 걸쳐서 엔탈피를 나타내기 위한 다양한 심볼들이 등장했다. 그러나 곧, 1922년 that Alfred W. Porter가 엔탈피의 심볼을 `H`로 제안하여 그것이 표준으로 승인 되었고. 아직까지도 열역학에서 사용되고 있다.   

엔탈피(enthalpy)는 일정한 압력을 유지하는 조건 아래 열역학에서 뽑을 수 있는 에너지다. 내부 에너지와, 계가 부피를 차지함으로부터 얻을 수 있는 에너지(부피압력의 곱)의 합이다. 대기압이나 수압과 같이 압력에 둘러싸인 계를 다룰 때 쓴다. 기호는 대개 라틴 대문자 H다. 엔탈피 유도과정 대부분의 화학 반응은 일정 부피보다는 일정 압력 조건에서 수행한다. 따라서 일정 압력 하에서 전달되는 열을 어떤 상태성질과 결부시키기 위해 도입된 것이 엔탈피이다. 엔탈피의 유도과정은 다음과 같다.

외부 압력이 일정하고 계가 외부에 행한 일이 전부 압력-부피 일이라면 다음 관계식이 성립한다. ∆U=q_p+w=q_p-P_외부 ∆V 외부 압력이 계의 내부 압력 P와 같다고 가정하면 ∆U=q_p-P∆V q_p=∆U+P∆V 여기서 압력 P는 상수이므로 P∆V=∆(PV) 이다. 따라서 열은 q_p=∆(U+PV) 이다. 이 때 이 식의 우변에 있는 U+PV를 엔탈피(enthalpy) H라고 정의한다. H=U+PV 따라서, q_p=∆(U+PV)=∆H 이다. 이때 U, P 및 V가 상태 함수이므로 H도 상태 함수이다. 따라서 엔탈피 변화도 초기 상태와 최종 상태에 의해서만 결정되며 반응의 경로에는 무관하다.

엔탈피 의의 H는 물리적으로 에너지와 같은 단위를 가지며 내용적으로는 일정 압력하에서 어떤 과정이 일어날 때 계가 흡수한 열량은 계의 내부 에너지 변화 뿐만 아니라 계의 부피 팽창에 필요한 에너지를 합해준 일종의 보정된 내부에너지에 해당한다. 여기서 보정항은 계의 온도 증가에 사용된 것이 아니라 부피 팽창에 사용된 에너지를 말하며 P∆V를 말한다.

엔탈피는 다음 식으로 주어진다.

 H = U + PV

여기서,

  • H: 계의 엔탈피
  • U: 계의 내부 에너지
  • P: 계의 압력
  • V: 계의 부피

위의 엔탈피의 정의는 그 값이 기준을 어떤 점으로 잡느냐에 따라 변하기 때문에 그 자체로 쓰이는 것 보다는 엔탈피의 변화로 어떤 과정을 나타내기 위해 만들어진 개념이다. 즉, 어떠한 과정에서 압력의 변화가 0인 경우엔(ΔP=0), 엔탈피의 변화량은 계가 주변과 주고받은 에너지인 열량을 나타낸다.

ΔH = ΔU +PΔV+VΔP = ΔU +PΔV = δQ

따라서 주변의 압력이 일정하게 유지되는 반응의 전후의 열량의 출입을 나타내는 데에 많이 쓰인다.

같이 보기[편집]