[일반화학] 『열화학(열역학법칙, 엔탈피, 헤스의 법칙, 엔탈피, 결합에너지 등)』에 대하여

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[일반화학] 『열화학(열역학법칙, 엔탈피, 헤스의 법칙, 엔탈피, 결합에너지 등)』에 대하여에 대한 보고서 자료입니다.

목차

I. 열역학

II. 열역학 제1법칙

III. 엔탈피

IV. 헤스의 법칙(총열량 불변의 법칙)

V. 표준생성엔탈피

VI. 결합에너지

본문내용

내부 에너지는 기체분자들의 운동에너지의 합으로 나타낼 수 있다.
(이상기체 분자는 분자사이에 작용하는 위치 에너지는 없고 운동에너지만 가짐으로
이상기체 에너지는 분자운동에너지총합으로 나타낸다)
즉 분자수 N 인 기체의 절대온도가 T일 때 이 기체의 내부 에너지 U는
(내부에너지 = 운동에너지의 합)
IV. 열역학의 제 1 법칙
①계와 계의 주위의 총 에너지가 일정하다는 것이 열역학 1법칙이라고 함
②즉 에너지는 보존된다
③열역학 1법칙의 수학적 표현, △E = EB - EA = Q + W
Q : 계가 흡수한 에너지
W : 외부가 계에 한 일(만약 계가 외부에 한일이면 △E = Q - W)
④계의 에너지 변화는 처음과 나중 상태에만 의존(즉 반응경로에는 무관)
⑤반응의 자발적으로 일어날지 안 일어날지는 예측할 수 없다
기체에 외부로부터 열을 가해 주거나 일을 가하면 기체의 내부 에너지는
그 만큼 증가한다.
기체가 열을 방출하거나 외부에 일을 하면 기체의 내부 에너지는
그 만큼 감소한다
△U = Q + W= Q + P △V (W=P △V)
(Q : 외부에서 기체에 가해준 열량, W : 기체에 한 일 ,△U : 기체의 내부에너지 변화량)
V. 열역학의 제1법칙과 이상 기체의 변화 과정
① 정적 변화
기체의 부피를 일정하게 하면서 이루어지는 변화과정
기체에 열량 Q를 가해주면 기체는 부피가 일정하게 유지되므로 외부에 일을 하지 않고
가해준 열량 Q는 단지 내부에너지만 증가시킨다.
(△V = 0 이므로 W = 0 가 되어)
△U = Q = ------①
△U = = (이상기체) -------②
= (①,②로부터)
(정적몰비열) : 부피를 일정하게 유지하면서 물질의 1몰의 온도를 1K
높이는데 필요한 열량
②정압변화
기체의 압력을 일정하게 유지하면서 일어나는 변화과정
기체에 열량 Q를 가해주면 기체는 일정한 압력에서 팽창하여 외부에
△W = P△V의 일을 한다.
가해준 열량의 일부는 외부에 한 일로 바뀌고 나머지는 기체의 내부 에너지 증가에
사용되었다면 외부에 하여준 일 △W는 (-)값을 가지므로
△U = Q -W
Q = △U + W = △U + P△V
Q = △U + P △V = ------①
-------②
①,②로부터
: 부피를 일정하게 유지하면서 물질의 1몰의 온도를 1K
높이는데 필요한 열량(cv)
③단열변화
외부로부터의 열의 출입을 차단하고 기체의 부피를 변화시키는 과정
열의 출입이 없으므로 Q = 0
△U = -P △V
기체가 단열 팽창하는 경우에는 부피가 팽창하여 외부에 일을 한 만큼
내부 에너지가 작아져서 기체의 온도가 내려간다.
기체가 단열 압축하는 경우에는 부피가 압축하여 내부에너지가 증가하여
분자의 운동이 활발해지면서 기체의 온도가 올라간다.
풀이)
1)일을 구하면
단열이기 때문에 Q = 0
△E = Q + W = -P△V
= -(1atm)(10.0-1.0L)= -9Latm =
= -9.1 x 102 J
W = -△E = 9.1 x 102 J
2)기체의 내부에너지변화를 구하면
△E = -P△V= w = -9.1 x 102 J
즉 외부에 일해 준 것 만큼 에너지가 내려간다.
3)주위의 내부에너지변화
△Etotal = △Esys + △Esurr = 0
△Esurr = + 9.1 x 102 J
④ 등온변화
온도를 일정하게 하면서 이루어지는 변화 과정
온도변화가 없으므로 △U = 0이 되어
기체의 등온팽창에서 가해준 열량 Q는 기체가 팽창하면서 일 W로 바뀌며
등온압축의 경우 압축하는 데 외부에서 한 일을 열량 Q의 형태로 외부로 방출한다.
Q = -W = - P △V
PV = nRT에서
풀이) 이상기체가 가역, 등온 팽창하면, △U = 0, W = -Q (△U = Q + W)
n몰의 기체가 V1에서 V2로 가역 팽창하면
Wrev = Q = -W = - P △V
PV = nRT에서 P =
= -q
따라서
① △E = 0
(등온이기 때문, 등온이란 온도를 일정하게 하면서 이루어지는 변화과정)
② W = =
= -2.31 KJ
(즉 가해준 열량Q는 기체가 팽창하면서 외부로 일W로 바뀜)
③ q = -W = 2.31 KJ(계로 가해준 열량이 2.31 KJ이라는 말임)
④ △H = 0 (이상기체에서 E와 H는 온도에 의존)
풀이) W = -P△V, △E = Q + W, △H = △E + △PV
단단한 용기이므로 부피변화가 없음. 따라서 W = 0
계가 가열되었으므로 Q는 증가. 내부에너지변화 △E 증가. △H 증가.

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