깁스에너지 응용에 관한 고찰

목차

1.서론

2.본론
Ⅰ. 깁스 자유 에너지
1. 깁스 자유 에너지란?
(1) 깁스 자유 에너지의 정의
(2) 깁스 자유에너지의 전개
(3) 생성 Gibbs engergy
2. Gibbs-Helholtz 식
3. 자발성과 자유에너지
4. 온도에 따른 자유에너지의 변화
5. Gibbs engergy의 압력 효과
6. 고정된 T와 P에서 자발적 과정의 본질
7. 깁스 자유에너지와 상전이
8. 깁스 자유에너지와 화학반응
Ⅱ. 깁스 자유 에너지의 응용
1. 깁스 자유 에너지의 응용 예

3.결론

4.참고문헌

본문내용

가능할까? 그들은 태양 광선을 이용하여 이를 수행한다. 태양의 광선은 비교적 저엔트로피 형태, 즉 가시광선의 광자를 통하여 지구에 에너지를 가져온다. 지구와 그 위에 사는 것들은 이 에너지를 그냥 보관하는 것이 아니라 (얼마 후에) 그것을 모두 우주로 다시 복사한다.
그런데 재복사된 에너지는 고엔트로피 형태로서 복사열이라고 불리는데 바로 적외선 광자를 의미한다. 흔히 생각하는 것과는 달리 지구와 그곳에 사는 생물은 태양으로부터 에너지를 얻지 않는다. 지구가 하는 것은 에너지를 저엔트로피 형태로 받아서 그것을 고엔트로피 형태로 우주로 다시 모두 토해 내는 일이다.
태양이 인간에게 해 주는 역할은 거대한 저엔트로피원을 제공하는 것이다. 사람들은 식물들의 영특함으로 인하여 이를 이용하고 궁극적으로는 이 저엔트로피로부터 아주 작은 부분을 추출해 내어 이를 오묘하고 복잡하게 조직된 구조인 자신의 몸으로 변환시키는 것이다.
태양과 지구에 대한 종합적인 관점에서, 에너지와 엔트로피에 무슨 일이 벌어질까? 태양은 가시광선의 광자 형태로 에너지를 발산한다. 이들 중 일부는 지구에 흡수되며, 그 에너지는 적외선 광자의 형태로 재방출된다. 그런데 가시광선과 적외선 광자 사이에 중요한 차이점은 가시광선은 높은 주파수를 갖기 때문에 적외선에 비하여 높은 에너지를 갖는다는 것이다. 가시광선들 하나하나는 각각의 적외선 광자들보다 높은 에너지를 갖기 때문에 지구까지 도달하는 가시광선 관자들은 지구에서 내보내는 적외선 광자들보다 적은 수이어야 하고, 결과적으로 지구로 들어오고 나가는 에너지는 균형을 이루게 된다. 지구로부터 우주 밖으로 방출되는 에너지는 태양으로부터 받는 에너지보다 훨씬 높은 자유도로 퍼져 나간다.
에너지가 밖으로 다시 방출 될 때 너무나 큰 자유도가 적용되기 때문에 위상 공간의 부피는 훨씬 커지고 엔트로피도 어마어마하게 증가한다. 녹색 식물들은 저엔트로피 형태로 (비교적 적은 가시광선 광자)로 에너지를 흡수하여 그것을 고엔트로피 형태 (비교적 많은 수의 적외선 광자)로 재복사함으로써 이러한 저엔트로피를 취하고 사람에게 필요한 산소-탄소 분리를 공급할 수 있는 것이다.
이 모든 것은 태양이 하늘에 있는 열점(hot-spot)이라는 사실 때문에 가능하다. 하늘은 온도에 대하여 불균형 상태에 있다. 즉 태양이 점유한 작은 지역이 나머지 지역보다 훨씬 높은 온도에 있는 것이다. 이것은 사람에게 필요한 강력한 저엔트로피원을 제공해 준다. 자구는 그 열점으로부터 저엔트로피 형태의 에너지를 받아서 찬 지역으로 고엔트로피 형태의 에너지를 재복사한다.
태양은 왜 그러한 열점인가? 그것은 어떻게 그러한 온도의 불균형을 이루어 저엔트로피 상태를 만들 수 있었는가? 그 해답은 이전에는 균일하게 분포되었던 기체 (주로 수소)가 중력 수축에 의하여 형성되었다는 사실이다. 그런데 온도와 압력이 어떤 점에 다다르자 중력 수축이 아닌 새로운 형태의 에너지원, 즉 열핵 반응이 나타나게 되었는데 만일 그것이 아니었다면 아마 수축과 가열은 아마도 훨씬 더 계속 되었을 것이다. 열핵 반응이란 수소 핵이 헬륨 핵으로 융합하는 과정에서 에너지가 발생하는 것이다. 열핵 반응만 아니었다면 태양은 아마 지금보다 훨씬 더 뜨거워지고 작아져서 결국에는 소멸해 버렸을 지도 모른다. 공간에너지 또는 프리에너지를 도입한다는 것은 이 우주가 닫힌계가 아니라 열린계임을 의미하는 것이다. 이 우주가 만일 열린계라면 에너지보존의 법칙을 깨지 않고도 외부에서 에너지를 도입하여 초효율 현상을 만들어낼 수가 있다.
생명체가 바로 이러한 열린 계의 좋은 예이다. 그런데 사람들은 우주가 닫혀 있다고 하는 확고한 신념을 갖고 있다. 생명체의 경우는 우리가 쉽게 체내와 체외를 구별할 수가 있다. 그러나 우주에는 그런 외부가 있을 리 없다. 과학자들은 현재의 물리학이 우주의 모든 부분을 관찰하고, 또 우주의 모든 부분을 다루고 있다고 생각한다. 그러니 알 수도 없고, 알지도 못하는 우주의 외부라는 것을 가정할 필요와 이유가 있는 것이다.
자연에서 일어나는 변화에는 일정한 방향성이 있는 경우가 많다. 물은 영하 5도에서 저절로 얼어서 얼음이 되지만, 얼음은 같은 온도에서 절대로 녹지 않는다. 그러나 영상 5도가 되면 얼음은 저절로 녹지만, 물이 어는 현상은 관찰할 수가 없다.
이처럼 자연에서 자발적인 변화는 방향성을 가지고 있지만 그 방향성을 미리 예측하는 일은 쉬운 일이 아니다. '엔트로피'라는 새로운 개념을 도입한 열역학 제2법칙은 바로 그런 자발적인 변화의 방향을 예측하기 위한 것이다.
엔트로피의 증가는 우주에서 일어나는 비가역 과정 때문이다. 클라우지우스의 주장은 비가역 과정을 근거로 한 우주의 진화적 입장을 처음으로 정립한 것이었다. 에딩턴은 엔트로피를 〈시간의 화살〉이라고 불렀다. 그렇지만 기본적인 물리 법칙의 관점에서 보면 비가역 과정이란 존재하지 않는다.
3. 결론
지금까지 Gibbs의 자유에너지에 대해 알아보았고 이것의 응용도 알아보았다. 어려운 식들과 함께 나와서 잘 이해는 가지 않았지만은 조금은 알 것 같다. 실제적의 자발적인 과정에서 얻어지는 일의 실제량은 △G가 나타내는 최대값은 항상 적다는 것을 알게 되었다. 그리고 한 특정한 변화에 대한 △G값을 알면 반응의 진행방향을 결정할 수 있다는 관계가 나타났다. △G가 음일 때는 반응이 자발적으로 일어나고 △G가 양일 때는 역방향으로 반응이 일어나고 △G가 0일 때는 계가 동적 평형상태에 이르게 된다. 마지막으로 △G에 의해 반응이 자발적이라는 것은 알 수 있으나 그 변화가 어떤 속도로 일어나는가는 알 수 없다는 것을 알 수 있었다.
4. 참고문헌
물리화학 여철현 외 2인 희중당
이화학대사전 성백룡 외 4인 법경출판사
물리화학 ROBERT.A.ACCERTY 자유아카데미
Physical Chemistry LAIDLER/MEISER Houghton Mifflin
열 및 통계물리학 Daniel V. Schroeder 김승곤 역 홍릉과학출판사
재료금속열역학 제3판 민동준 역 사이텍미디어
통계열역학 정현채 청문각
김희준 교수와 함께하는 자연과학의 세계(2) 김희준 궁리출판

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