엔탈피

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엔탈피(enthalpy)는 열역학적 계에서 뽑을 수 있는 에너지다. 내부 에너지와, 계가 부피를 차지함으로부터 얻을 수 있는 에너지(부피와 압력의 곱)의 합이다. 대기압이나 수압과 같이 압력에 둘러싸인 계를 다룰 때 쓴다. 기호는 대개 라틴 대문자 H이다.

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.

$\Delta H=\Delta U+P\Delta V+V\Delta P=\Delta U+P\Delta V=\delta Q$

따라서 주변의 압력이 일정하게 유지되는 반응의 전후 열량 출입을 나타내는 데에 많이 쓰인다.

반응 엔탈피

계의 엔탈피는 직접 측정할 수 없으며, 계의 엔탈피 변화로 대신 측정된다 .엔탈피 변화는 다음 방정식으로 정의된다.

반응 엔탈피(ΔH) = 엔탈피 변화량 $\doteqdot$ E출입량 $\doteqdot$E 차이값 between 반응물 & 생성물 $\doteqdot$ 반응열

$\Delta H=H_{\mathrm {f} }-H_{\mathrm {i} }$

ΔH는 "엔탈피 변화량"이다.

$H_{\mathrm {f} }$는 계의 최종 엔탈피이다.

$H_{\mathrm {i} }$는 계 의 초기 엔탈피이다.

ΔH의 구성 = 부호 + 크기

ΔH 부호의 의미 - (+) 부호 : 흡열 반응

- (-) 부호 : 발열 반응

ΔH 크기의 의미 - E 출입량 = E 차이 between 반응물 & 생성물

역반응 ΔH = -정반응 ΔH

엔탈피는 온도와 압력에 따라 달라지므로 온도와 압력을 표시한다. 온도와 압력이 표시되어 있지 않으면 25도씨, 1기압 상태이다.

엔탈피의 변화

엔탈피 변화는 화학 반응을 일으킬 때 열역적 계 또는 주위에서 관찰된 엔탈피의 변화를 설명한다.

화학반응이 완료된 후 엔탈피 값은 달라진다. 이는 생성물과 반응물간의 엔탈피 차이로 나타나는 현상으로, 엔탈피 변화값 (ΔH)은 (생성물의 엔탈피값의 총합) - (반응물의 엔탈피값의 총합)으로

나타 낼 수 있다. 일반적인 엔탈피 변화의 예로서는 표준 생성엔탈피가 있다. 이러한 엔탈피의 측정은 표준화된 환경 또는 표준 조건에서 측정하는것이 매우 일반적이다.

표준 조건 (Standard conditions)으로는

• 온도조건: 25도씨의 온도 (298K)
• 압력조건 : 1기압 (1 atm or 101.325 kPa)
• 농도조건 : 용액 또는 화합물이 용액에 존재할 때에는 1.0M의 몰 농도
• 일반적인 물리적 상태의 요소 또는 화합물(즉, 표준 상태). 이 있다.

엔탈피의 종류

생성열(생성 엔탈피) : 물질 1몰이 가장 안정한 원소로부터 생성될 때 방출하거나 흡수하는 열량

생성열 $\doteqdot$ 생성반응식의 E 차이

홑원소 물질 생성열 =0 -> 예외 : ${\ce {O3}}$, 다이아몬드(C)의 생성열 $\neq$0

생성열 = 연소열인 반응 -> C(흑연) + ${\ce {O2}}$-> ${\ce {CO2}}$ ΔH=C(흑연) 연소열 = ${\ce {CO2}}$ 생성열

-> ${\ce {H2 + 1/2O2 -> H2O}}$ ΔH=${\ce {H2}}$ 연소열 = ${\ce {H2O}}$ 생성열

25도씨 1기압에서의 생성열 = 표준 생성열 $\doteqdot$ 생성열

분해열(분해 엔탈피) : 물질 1몰이 가장 안정한 원소로 분해될 때 방출하거나 흡수하는 열량

분해열 = - 생성열

중화열(중화 엔탈피) : 산과 염기가 중화되어 ${\ce {H2O}}$1몰이 생성될 때 방출하는 열량

-산과 염기의 종류에 관계없이 일정 (ΔH=-56.2 kJ/mol)

엔탈피의 측정

간이 열량계에 의한 연소열 측정

원리 : 연료가 연소할 때 방출한 열 = 물이 흡수한 열

연소열(kJ/mol) = 물이 흡수한 열량/연소한 물질의 수 = (물의 (비열 X 질량 X 온도변화)) / ((연소한 연료질량/연료의 화학식량))

통 열량계에 의한 연소열 측정

원리 : 연료가 연소할 때 방출한 열 = 물과 열량계가 흡수한 열

연소열(kJ/mol) = (물이 흡수한 열량 + 열랑계가 흡수한 열량) / (연소한 물질의 몰수)

= ((물(비열 X 질량 X 온도변화)) + (열량계(열용량 X 온도변화)) / (연소된 물질 질량) / (연소된 물질 화학식량)

도표

파일:T-s도표.jpg

오늘날 중요한 물질의 엔탈피 값은 여러 프로그램을 이용하여 얻을 수 있다. 사실상 모든 관련 물질의 상태를 표 또는 그래프 형태로 얻을 수 있다. 다양한 압력으로 발산하는 h–T 도표와 다양한 압력의 함수로써 h/T도표와 같은 다양한 종류의 도표가 있다. 이 T-s 곡선은 용해 곡선과 포화된 액체의 증기 값을 등압부와 함께 제공한다.

같이 보기

• 헤스의 법칙
• 내부 에너지, 기브스 자유 에너지, 헬름홀츠 자유 에너지는 엔탈피와 함께 4개의 열역학 퍼텐셜을 이룬다.
• 엔트로피는 엔탈피와 이름은 비슷하지만 서로 다른 개념이다.방

출처(References)

1. Atkins, Peter and de Paula, Julio; Physical Chemistry for the Life Sciences, United States, 2006.Katherine Hurley
2. Petrucci, et al. General Chemistry Principles & Modern Applications. 9th ed. Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall, 2007