개념과 작동 원리
발열 반응에서는 반응계의 에너지가 주변으로 전달되어 용액 온도가 오를 수 있습니다. 흡열 반응에서는 반대로 주변에서 에너지를 받아 온도가 내려갈 수 있습니다.
용액뿐 아니라 용기도 열을 저장합니다. 용기의 열용량을 무시하면 같은 온도 변화를 만들기 위해 전달된 에너지를 작게 추정할 수 있습니다.
관계식과 성립 조건
실험의 일정 압력 근사에서는 −nΔH=(mc+Ccal)ΔT입니다. ΔH가 음수인 발열 반응이면 다른 조건에서 우변의 온도 변화는 양수입니다.
반응이 완전히 진행하고 열이 외부로 새지 않는다는 근사가 필요합니다. 증발, 용해열, 센서 지연, 실제 용액 비열의 차이도 측정에 영향을 줍니다.
가상 실험에서 읽을 변화
열손실은 관측 온도 상승을 줄여요. 냉각 곡선 외삽은 손실을 근사 보정하지만 이상값과 잔차가 남아요.
가상 발열 반응이에요. c=4.18 J/(g·K), 주변·초기 20 °C, 반응 시간 20 s, 완전 혼합·일정 발열률을 가정해요. 손실은 dT/dt=q̇/C−0.020(T−20)인 뉴턴 냉각이에요. 냉각 곡선을 반응 중간 10 s로 되돌린 온도를 외삽 보정 최고 온도로 표시해요. 이 근사값은 실제 최고 온도가 아니며 실제 반응속도·증발·온도계 지연은 제외해요.
핵심 관계와 기호
−nΔH = (m·c + Ccal)ΔT
| 기호 | 뜻 | 단위 |
|---|---|---|
| ΔH | 반응 몰당 엔탈피 변화 | J/mol |
| Ccal | 열량계의 열용량 | J/K |
| ΔT | 관측한 온도 변화 | K |
예시로 확인하기
용액과 열량계의 총 열용량은?
반응열을 용액과 용기가 함께 받아요. q용액=−nΔH=(mc+Ccal)ΔT이며 반응의 q와 부호가 반대예요.
자주 헷갈리는 점
- 온도가 올라갔다고 발열 반응의 ΔH 부호를 양수로 적는 것은 아닙니다.