깁스 에너지와 평형 상수 관계

목차

목 차
Ⅰ. 서 론 1
Ⅱ. 본 론 1
1. Gibbs free energy 1
(1) 표준생성자유에너지 1
(2) Gibbs Free Energy와 평형상수 2
(ⅰ) Helmholtz 에너지 2
(ⅱ) Gibbs-Helholtz 식 3
2. 평형상수 4
(1) 평형의 개념 4
(2) 화학평형-동적 평형 4
(3) 평형상수 (Kc)의 정의 4
(4) 평형상수의 사용 5
(5) 온도에 따른 자유에너지의 변화 7
Ⅲ. 결 론 8
Ⅳ. 느낀 점 및 감사의 글 8
Ⅴ. 참고 문헌 9

본문내용

간단한 방법을 생각할 수 있다. 이 방법에서 ΔH°와 ΔS°는 기본적으로 온도에 대한 상수라고 가정한다. 어떤 온도에서든지 25℃에서 ΔH°와 ΔS°의 값을 다음 식에 대입하여 그 온도에서 ΔG°의 값을 얻을 수 있다.
ΔG° = ΔH°- TΔS°
각양의 온도표시(°)는 가가의 양아 표준상태에 있다는 것을 의미하는데, 이것은 1atm과 특정한 온도상태를 의미한다. 일반적으로 ΔG°는 온도에 따라서 크게 변한다.
① 자발성과 온도변화
ΔH°와 ΔS°는 가능한 네 가지 종류의 부호를 가질 수 있기 때문에, ΔG°대하여 서로 다른 온도의 영향을 나타낸다. ΔH°가 음수이고,ΔS°가 양수인 경우를 생각해보자. 이 반응의 한 예는 다음과 같다.
이 반응식은 글루코스(포도당)가 에탄올(에틸알콜)로 전부 변하는 것을 표현한 것이다. ΔH°와 ΔS°의 부호는 쉽게 설명된다. CO2에서 일어난 것과 같이 보다 안정된 결합이 형성되면 에너지가 열로서 방출된다. 따라서, 이러한 반응은 발열반응이며 ΔH°는 음수이다. 한 분자가 더 작은 분자로 분해되거나 기체를 형성하면, 엔트로피가 증가하는 것을 기대할 수 있고 따라서 ΔS°는 양수이다.
② 여러 온도에서 ΔH°의 계산
ΔH°와 ΔS°가 일정하다고 가정하고 여러 온도에서 ΔG°를 계산하는 방법을 다음 반응에 적용해보자.
25℃에서 ΔG°는 -130.9kJ이고, 이로부터 계산된 CO2의 평형부분압력은 1.1×10-23atm이다. 이 부분압력이 매우 작다는 것은 CaCO3가 실온에서는 매우 안정되어 있다는 것을 의미한다.
표준조건(반응물과 생성물이 1atm)에서 CaCO3의 분해와 같은 반응이 비자발적인 것에서 자발적인 것으로 변하는 온도를, 이 절에서 설명한 개념을 사용하여 계산할 수 있다. 이 온도에서 ΔG°는 0이다.
ΔG° = 0 = ΔH°- TΔS°- ①
만약 ΔH°와 ΔS°의 부호가 서로 바뀌면 ΔG°는 항상 양수이다. 따라서 이 반응은 모든 온도에서 비자발적이다. 식에서 엔트로피 항이 없다면, ΔH값이 음인 모든 발열 반응은 자발적인 반응이 될 것이다. 그러나 엔트로피가 기여하는 항인 -TΔS 때문에 반응의 자발성 정도가 감소하거나 증가한다. ΔS가 양인 경우, 즉 마지막 상태가 처음 상태보다 무질서할 때 -TΔS항은 ΔG가 음의 값을 갖도록 기여한다. 따라서 이 경우 엔트로피 항은 반응의 자발성의 정도를 증가시킨다. 한편 ΔS가 음인 경우 -TΔS는 양의 값을 갖게 되고, 이것은 반응의 자발성 정도를 감소시키는 방향으로 작용하게 될 것이다. ΔH와 -TΔS항의 부호가 서로 반재일 경우는 두 항 중 어느 것이 더 큰 값을 갖느냐에 따라 ΔG의 부호가 결정되며, 이 때에는 온도가 매우 중요한 역할을 한다. ΔH 및 ΔS는 모두 온도에 따라 변하지만, 그러나 ΔG=ΔH-TΔS식에서 온도에 따라 크게 변하는 항은 -TΔS뿐이다. 따라서 높은 온도에서는 이 항이 ΔG의 부호와 크기를 결정하는 데 있어서 상대적으로 대단히 중요한 역할을 한다.
Ⅲ. 결 론
ΔH°
ΔS°
ΔG°
Description
Example
-
+
(-)
Spontaneous at all T
+
-
(+)
Nonspontaneous at all T
-
-
저온(-)
고온(+)
Spontaneous at low T
Nonspontaneous at high T
+
+
저온(+)
고온(-)
Nonspontaneous at low T
Spontaneous at high T
ΔH와 ΔS의 부호에 따라 ΔG의 부호가 어떻게 달라지게 될 것인가를 설명한 예이다.(여러 가지 경우에 있어서 ΔS의 부호와 온도 화에 따라 ΔG의 부호가 어떻게 변할 것인가를 추측할 수 있다.)
◎ ΔG°와 평형상수와의 관계식
Ⅳ. 느낀 점 및 감사의 글
이번 레포트를 하면서 Gibbs 자유에너지와 평형 상수 간의 이론적 내용이 매우 복잡해서 이해하기가 약간은 난해함을 느꼈습니다. 송주흔 군과 많은 의견을 나누면서야 Gibbs 자유 에너지에 대해 깊이 알 수 있게 되었습니다. 김정성 교수님께 감사의 말을 남기며 이번 레포트를 마치도록 하겠습니다.
Ⅴ. 참고 문헌
일반화학 L. BROWN외 2명범한서적1993
일반화학 Darrell D. Ebbing외 1명교보문고1997
물리화학 David Freifelder 외 2명자유아카데미1995
물리화학 제 1판 ROBERT A. Allerty희중당1995
물리화학 류중하 외2명형설출판사1995
일반화학 제 5판 Raymond Chang1998

키워드

깁스,   평형 상수,   자유 에너지