엔트로피의 정의 열역학 법칙 심층분석

본문내용

은 그 시스템의 엔탈피 변화와 같다. 따라서 일정 압력하에서(특히 대기압 하에서) 어떤 시스템의 반응열(heat of reaction)과 융합열(heat of fusion)은 각각 반응 엔탈피와 융합 엔탈피와 동일한 의미로 사용된다. 일반적으로 열역학적 작업은 대기압 하에서 이루어지는 경우가 많으므로 엔팔피가 열량의 의미를 대체하는 경우가 많다.
3] 열역학 제 2법칙
⇒ 고립계에서 반응은 무질서도, 즉 엔트로피가 증가되어질 때 자발적으로 진행된다.
(이 이론은 III. 심층분석에서 자세히 살펴본다.)
(열 현상은 분자들이 무질서한 운동을 하는 방향으로 진행되며, 그 반대 방향으로는 일어나지 않는다)
III. 엔트로피 심층 분석.
지금까지 우린 열역학 법칙과 엔트로피에 대해서 알아봤다. 그렇다면 그것을 이용한 이론은 무엇이 있을까. 바로 자유에너지 이론이다. 이는 반응이 자발적으로 일어나는 가의 여부를 어떻게 결정할수 있는가? 라는 질문에 출발한 이론이다. ΔG=ΔH-TΔS 이다. ΔG<0 이면 반응은 자발적이고, ΔG > 0 이면 반응은 비자발적이며, ΔG=0 이면 반응은 평형에 있다. 위에서 봤다시피 1법칙은 계와 주위 사이에 에너지 흐름경로의 추적에 도움을 주지만 특정 반응이 자발적인가 비자발적인가 여부는 말해주지 않는다. 그러나 열역학 2법칙은 자발성의 분명한 기준을 제공한다. 자발적 변화의 방향은 항상 전체 엔트로피 변화의 부호에 의해 결정된다고 말한다. ΔStotal =ΔSsur +ΔSsys 이다. 확실히 말하면 ΔStotal > 0이면 이 반응은 자발적이다. ΔStotal < 0이면 이 반응은 비자발적이고, ΔStotal = 0이면 평형에 있다. 모든 반응은 계와 주위의 전체 엔트로피가 증가하는 방향으로 자발적으로 진행한다고 말했었다. 정반응이 비자발적이면 역반응은 자발적이다. ΔS = 0이면 이반응은 어느 한 방향으로 자발적으로 진행하지 않고 이 반응혼합물은 평형에 있다. ΔStotal값을 결정하려면 이 계와 주위의 엔트로피 변화에 대한 값이 필요하다. 계의 엔트로피 변화 ΔStotal는 바로 반응 엔트로피 이다. 일정 압력에서 일어나는 반응은 다음 식에 따라 주위의 엔트로피 변화는 이 반응에 대한 엔탈피 변화(ΔH)에 정비례하고 주위의 KELVIN 온도에 반비례 한다.
ΔSsur = -ΔH/T
이 식으로 ΔStotal를 계산하기 원하지 않지만 이 식이 정당한 것을 증명할 수 있다. ΔS 는 왜 -ΔH에 비례하는가를 알기 위하여 발열반응의 경우 (ΔH<0)에 계는 주위의 열을 잃는다는 것을 기억하자. 그러므로 주위에 있는 분자들의 무질서하고 혼란스러운 운동이 증가하고, 주위의 엔트로피도 증가한다(ΔStotal>0). 흡열반응은 그와 반대이다. ΔStotal 가 절대온도 T에 반비례 하는 이유는 더 미묘하다. 주위를 온도의 변화없이 열을 가할수 있는 무한히 큰 항온조라고 생각할 수 있다. 만일 주위의 온도가 낮다면 주위는 소량의 무질서도만 갖고 그 경우에 일정한 열을 가하면 실제로 무질서도는 증가한다.(비교적 큰 ΔStotal 값). 만일 주위의 온도가 높다면 주위는 큰 무질서도를 갖고, 동일한 양의 열을 가하면 무질서도는 약간만 증가한다(비교적 적은 값의 ΔStotal ). 그러므로 ΔSsys 은 온도에 대하여 반비례로 변한다.
ΔS ∝ 1/T
주위에 열을 가하는 것은 호수에 바위를 던지는 것과 비슷하다. 호수가 조용하면(고요하고 잔잔한 표면) 바위를 던질 때 큰 무질서를 가져오고, 분명한 원형 파동 모양이 나타난다. 호수가 이미 상당히 무질서하다면(거칠게 파도치는 표면)바위를 호수에 던질 때 추가로 생기는 무질서는 거의 눈에 띄지 않는다.

키워드

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