표준형성 엔탈피

Standard enthalpy of formation

화합물 형성의 표준 엔탈피 또는 표준 열 형성의 표준 엔탈피는 구성 요소에서 물질의 1 몰을 형성하는 동안 엔탈피의 변화로, 모든 물질이 표준 상태에 있다. 1982년 이전에는 1.00 atm(101.325 kPa) 값을 사용했지만 표준 압력 값 p⦵ = 105 Pa(= 100 kPa = 1 bar)는 IUPAC에서 권장한다.[1] 표준 온도는 없다. 그것의 상징은 ΔH이다f⦵. 이 기호의 위첨자 플림솔은 공정이 지정된 온도(보통 25°C 또는 298.15K)에서 표준 조건 하에서 발생했음을 나타낸다. 표준 상태는 다음과 같다.

  1. 기체의 경우: 1bar의 압력으로 이상적인 기체 방정식을 준수한다고 가정했을 가상 상태
  2. 희석된 이상 용액에 존재하는 기체 또는 고체 용액의 경우: 무한 희석으로부터 외삽된 1 bar 압력으로 L당 정확히 1 몰(1 M)의 용액의 농도 가상 상태
  3. 순수한 물질 또는 응축된 상태(액체 또는 고형분)의 용매의 경우: 1bar의 압력 하에서 표준 상태는 순액 또는 고형분이다.
  4. 원소의 경우: 원소가 1 bar의 압력 하에서 가장 안정된 형태. 한 가지 예외는 인인데, 1바에서 가장 안정된 형태는 흑색 인이지만, 백색 인은 형성의 엔탈피 제로 기준 상태로 선택된다.[2]

예를 들어, 이산화탄소 형성의 표준 엔탈피는 위의 조건에서 다음과 같은 반응의 엔탈피가 될 것이다.

C(s, 흑연) + O(g2) → CO2(g)

모든 원소는 그 표준 상태로 쓰여져 있으며, 한 개의 제품 몰이 형성되어 있다. 이것은 형성의 모든 엔탈파리에 적용된다.

형성의 표준 엔탈피는 보통 몰(kJ mol−1)당 킬로줄로 표기되는 물질의 양 당 에너지 단위로 측정되지만, 몰 당 킬로 칼로리, 몰 당 줄 또는 그램 당 킬로칼로리(질량 당 에너지 또는 양 가이드라인을 준수하는 이러한 장치의 조합)로도 측정된다.

표준 상태의 모든 원소(산소 가스, 흑연 형태의 고체 탄소 등)는 그 형성에 아무런 변화가 없기 때문에 0의 표준 엔탈피를 가진다.

형성 반응은 일정한 압력과 일정한 온도 과정이다. 표준형성반응의 압력은 1bar로 고정되기 때문에 표준형성 엔탈피나 반응열은 온도의 함수다. 표 계산을 위해 표준형성 엔탈피는 모두 단일 온도: 298K로, 기호 ΔH로f⦵
298 K 표시된다.

헤스의 법칙

많은 물질의 경우, 형성 반응은 실제 또는 가상의 여러 단순한 반응의 합으로 간주될 수 있다. 그런 다음 개별 반응 단계의 엔탈피 변화의 합이 전체 반응의 엔탈피 변화와 같다는 헤스의 법칙을 적용하여 반응 엔탈피를 분석할 수 있다. 이는 엔탈피가 상태 함수로서, 전체적인 공정에 대한 가치는 초기 상태와 최종 상태에만 의존하고 어떤 중간 상태에도 의존하지 않기 때문에 사실이다. 예는 다음 절에서 제시되어 있다.

이온 화합물: Born-Haber 사이클

불화 리튬에 대한 Born-Haber 도표의 표준 엔탈피 형성 변화. ΔH는latt 본문의 U에L 해당한다. 아래 화살표F "전자 친화도"는 EA가 보통 양으로 정의되기 때문에 음수량 –EA를F 나타낸다.

이온성분들의 경우, 형성의 표준 엔탈피는 Born-Haber 사이클에 포함된 여러 용어의 합계와 동등하다. 예를 들어, 플루오르화 리튬의 형성,

Li(s) + 1⁄2 F2(g) → LiF(s)

각각 고유한 엔탈피(또는 에너지, 근사치)를 갖는 여러 단계의 합으로 간주할 수 있다.

  1. 고체 리튬의 원자화(또는 승화)의 표준 엔탈피.
  2. 기체 리튬의 첫 번째 이온화 에너지.
  3. 불소 가스의 원자화(또는 결합 에너지)의 표준 엔탈피.
  4. 불소 원자의 전자 친화력.
  5. 플루오르화 리튬의 격자 에너지.

이 모든 엔탈피들의 합은 불화리튬 형성의 표준 엔탈피를 줄 것이다.

실제로 리튬불화수소 형성의 엔탈피는 실험적으로 결정할 수 있지만 격자 에너지는 직접 측정할 수 없다. 따라서 격자 에너지를 평가하기 위해 방정식을 다시 배열한다.[3]

유기 화합물

대부분의 유기 화합물에 대한 형성 반응은 가상적이다. 예를 들어, 탄소와 수소는 메탄(CH4) 형성에 직접 반응하지 않을 것이고, 따라서 형성의 표준 엔탈피를 직접 측정할 수 없다. 그러나 연소 표준 엔탈피는 폭탄 칼로리 측정법을 사용하여 쉽게 측정할 수 있다. 그리고 나서 형성의 표준 엔탈피는 헤스의 법칙을 이용하여 결정된다. 메탄(CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 HO2)의 연소는 가상의 분해를 원소로 분해한 다음 원소를 연소시켜 이산화탄소와 물을 형성하는 것과 같다.

CH4 → C + 2H2
C + O2 → CO2
2H22 + O → 2 HO2

헤스의 법칙을 적용하면

ΔHcomb⦵(CH4) = [ΔHf⦵(CO2) + 2 ΔHf⦵(HO2)] - ΔHf⦵(CH4)

형성의 엔탈피 표준에 대한 해결,

ΔHf⦵(CH4) = [ΔHf⦵(CO2) + 2 ΔHf⦵(HO2)] - ΔHcomb⦵(CH4)

ΔHf⦵(CH4) 값은 -74.8 kJ/mol로 결정된다. 부정적인 징후는 만약 반응이 진행된다면 발열성이 있다는 것을 보여준다; 즉 메탄은 수소 가스와 탄소보다 내장적으로 더 안정적이다.

형성군 부가성법으로 단순 비변형성 유기화합물에 대한 형성열 예측이 가능하다.

다른 반응에 대한 계산에 사용

어떤 반응이든 표준 엔탈피 변화는 헤스의 법칙을 이용한 반응물질과 제품의 형성의 표준 엔탈피에서 계산할 수 있다. 주어진 반응은 모든 반응 물질이 표준 상태에서 원소로 분해된 후 모든 생산물이 형성되는 것으로 간주된다. 그런 다음 반응 열은 아래 방정식에 나타난 바와 같이 반응제 형성의 표준 엔탈피 합계를 뺀 값(각각 각 계량계수 ν)과 제품 형성의 표준 엔탈피 합계를 뺀 값(각각 각 계량계수를 곱한 값도 곱함)이다.[4]

ΔHr⦵ = σh ΔHf⦵(제품) - σν ΔHf⦵(반응제)

제품의 표준 엔탈피가 반응제의 표준 엔탈피보다 작을 경우, 반응의 표준 엔탈피는 음성이 된다. 이것은 그 반응이 발열성이라는 것을 암시한다. 그 반대는 또한 사실이다; 반응의 표준 엔탈피는 내열반응에 양성적이다. 이 계산은 혼합의 엔탈피가 0인 반응제와 제품 사이의 이상적인 해결책에 대한 암묵적인 가정을 가지고 있다.

예를 들어 메탄 연소의 경우 CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 HO2:

ΔHr⦵ = [ΔHf⦵(CO2) + 2 ΔHf⦵(HO2)] - [ΔHf⦵(CH4) + 2 ΔHf⦵(O2)]

그러나 O는2 그 표준 상태의 원소로서 ΔHf⦵(O2) = 0이며, 반응의 열은 다음과 같이 단순화된다.

ΔrH⦵ = [ΔfH⦵(CO2) + 2 ΔfH⦵(H2O)] − ΔfH⦵(CH4),

즉, 이전 절의 연소comb⦵ ΔH 엔탈피에 대한 방정식이다.

엔탈피 계산을 위한 핵심 개념

  1. 반응이 역전되면 ΔH의 크기는 그대로 유지되지만 부호는 바뀐다.
  2. 반응에 대한 균형 방정식에 정수를 곱할 때, ΔH의 해당 값에도 그 정수를 곱해야 한다.
  3. 반응에 대한 엔탈피의 변화는 반응 물질과 제품의 형성의 엔탈피로부터 계산할 수 있다.
  4. 표준 상태의 원소는 원소의 엔탈피가 0이기 때문에 반응에 대한 엔탈피 계산에 기여하지 않는다. 표준 상태가 아닌 원소의 할당체는 일반적으로 0이 아닌 표준 엔탈 파이를 형성한다.

예: 25°C에서 형성되는 표준 엔탈피

298.15 K 및 1 atm에서 선택된 물질의 열화학 특성

무기물질

종 위상 화학식 ΔfH⦵ /(kJ/mol)
알루미늄
알루미늄 고체 알 0
염화알루미늄 고체 알클3 −705.63
산화알루미늄 고체 알로23 −1675.5
수산화 알루미늄 고체 알(OH)3 −1277
황산알루미늄 고체 알2(SO4)3 −3440
바륨
염화 바륨 고체 바클2 −858.6
탄산바륨 고체 바코3 −1216
수산화 바륨 고체 바(OH)2 −944.7
산화바륨 고체 BAO −548.1
황산바륨 고체 BASO4 −1473.2
베릴륨
베릴륨 고체 있다 0
수산화 베릴륨 고체 비(OH)2 −903
산화 베릴륨 고체 비오 −609.4
붕어
삼염화붕소 고체 BCl3 −402.96
브로민
브로민 액체 BR2 0
브롬화이온 수성 BR− −121
브로민 가스 BR 111.884
브로민 가스 BR2 30.91
브로민 트리플루오라이드 가스 BRF3 −255.60
브롬화수소 가스 HBr −36.29
카드뮴
카드뮴 고체 cd 0
산화카드뮴 고체 CdO −258
수산화 카드뮴 고체 Cd(OH)2 −561
황화 카드뮴 고체 CdS −162
황산 카드뮴 고체 CdSO4 −935
세슘
세슘 고체 Cs 0
세슘 가스 Cs 76.50
세슘 액체 Cs 2.09
세슘(I) 이온 가스 Cs+ 457.964
염화 세슘 고체 CsCl −443.04
칼슘
칼슘 고체 CA 0
칼슘 가스 CA 178.2
칼슘().II) 이온 가스 CA2+ 1925.90
칼슘().II) 이온 수성 CA2+ -542.7
탄화칼슘 고체 CaC2 −59.8
탄산칼슘(칼슘) 고체 CaCO3 −1206.9
염화칼슘 고체 CaCl2 −795.8
염화칼슘 수성 CaCl2 −877.3
인산칼슘 고체 Ca3(PO4)2 −4132
불소화칼슘 고체 CAF2 −1219.6
하이드라이드 칼슘 고체 CAH2 −186.2
수산화칼슘 고체 Ca(OH)2 −986.09
수산화칼슘 수성 Ca(OH)2 −1002.82
산화칼슘 고체 CaO −635.09
황산칼슘 고체 CaSO4 −1434.52
황화칼슘 고체 CaaS −482.4
월라스토나이트 고체 카시오3 −1630
탄소
탄소(그래피이트) 고체 C 0
탄소(다이아몬드) 고체 C 1.9
탄소 가스 C 716.67
이산화탄소 가스 CO2 −393.509
이황화탄소 액체 CS2 89.41
이황화탄소 가스 CS2 116.7
일산화탄소 가스 CO −110.525
염화 카보닐(포진) 가스 COCl2 −218.8
이산화탄소(비이온화) 수성 CO2(aq) −419.26
중탄산염 이온 수성 HCO3– −689.93
탄산염 이온 수성 CO32– −675.23
염소
단원자염소 가스 CL 121.7
염화이온 수성 CL− −167.2
염소 가스 CL2 0
크롬
크롬 고체 CR 0
구리
구리 고체 CU 0
산화 구리(II) 고체 CuO −155.2
황산구리(II) 수성 CuSO4 −769.98
플루오린
플루오린 가스 F2 0
수소
단원자 수소 가스 H 218
수소 가스 H2 0
물 가스 H2O −241.818
물 액체 H2O −285.8
수소이온 수성 H+ 0
수산화이온 수성 오− −230
과산화수소 액체 H2O2 −187.8
인산 액체 H3PO4 −1288
시안화수소 가스 HCN 130.5
브롬화수소 액체 HBr −36.3
염화수소 가스 HCl −92.30
염화수소 수성 HCl −167.2
불화수소 가스 HF −273.3
요오드화수소 가스 안녕 26.5
요오드
요오드 고체 I2 0
요오드 가스 I2 62.438
요오드 수성 I2 23
요오드화이온 수성 I− −55
철
철 고체 Fe 0
철 카바이드(시멘타이트) 고체 FEC3 5.4
탄산 철(II) (사이다) 고체 FeCO3 −750.6
염화 철(III) 고체 FeCl3 −399.4
산화철(II) (위스트라이트) 고체 FeO −272
아이언(II,III) 산화물(마그네사이트) 고체 Fe3O4 −1118.4
산화철(III) (히마타이트) 고체 Fe2O3 −824.2
황산철(II) 고체 FeSO4 −929
황산철(III) 고체 Fe2(SO4)3 −2583
황화 철(II) 고체 FeS −102
피라이트 고체 FeS2 −178
이끌다
이끌다 고체 PB 0
이산화 납 고체 PBO2 −277
황화 납 고체 PbS −100
황산 납 고체 PbSO4 −920
질산 납(II) 고체 Pb(NO3)2 −452
황산 납(II) 고체 PbSO4 −920
리튬
플루오르화 리튬 고체 LiF −616.93
마그네슘
마그네슘 고체 MG 0
마그네슘 이온 수성 MG2+ −466.85
탄산 마그네슘 고체 MgCO3 −1095.797
염화마그네슘 고체 MgCl2 −641.8
수산화마그네슘 고체 Mg(OH)2 −924.54
수산화마그네슘 수성 Mg(OH)2 −926.8
산화마그네슘 고체 MGO −601.6
황산마그네슘 고체 MgSO4 −1278.2
망간
망간 고체 Mn 0
망간어(Manganese)II) 산화물 고체 엠노 −384.9
망간어(Manganese)IV) 산화물 고체 엠노2 −519.7
망간(III)산화물 고체 엠노23 −971
망간 (II,III) 산화물 고체 엠노34 −1387
과망간산염 수성 엠노−
4 		−543
수성.
수성(Mercury)II) 산화물(빨간색) 고체 HGO −90.83
황화 수은(빨간색, 신나바색) 고체 HgS −58.2
질소
질소 가스 N2 0
암모니아(암모늄 수산화물) 수성 NH3(NHOH4) −80.8
암모니아 가스 NH3 −46.1
질산암모늄 고체 엔노43 −365.6
염화암모늄 고체 NH4Cl −314.55
이산화질소 가스 NO2 33.2
히드라진 가스 N2H4 95.4
히드라진 액체 N2H4 50.6
아산화질소 가스 N2O 82.05
산화질소 가스 아니요. 90.29
디니트로겐 테트로사이드 가스 N2O4 9.16
오산화 이니트로겐 고체 N2O5 −43.1
오산화 이니트로겐 가스 N2O5 11.3
질산 수성 HNO3 −207
산소
단원자 산소 가스 O 249
산소 가스 O2 0
오존 가스 O3 143
인
백인 고체 P4 0
적인 고체 P −17.4[5]
흑인 고체 P −39.3[5]
삼염화인 액체 PCl3 −319.7
삼염화인 가스 PCl3 −278
오타클로라이드 인 고체 PCl5 −440
오타클로라이드 인 가스 PCl5 −321
오산화 인 고체 P2O5 −1505.5[6]
칼륨
브롬화칼륨 고체 KBr −392.2
탄산칼륨 고체 K2CO3 −1150
염소산칼륨 고체 KClO3 −391.4
염화칼륨 고체 KCl −436.68
불소화칼륨 고체 KF −562.6
산화칼륨 고체 K2O −363
질산칼륨 고체 크노3 −494.5
과염소산칼륨 고체 KClO4 −430.12
실리콘
실리콘 가스 SI 368.2
실리콘 카바이드 고체 SiC −74.4,[7] −71.5[8]
사염화 실리콘 액체 SiCl4 −640.1
실리카(쿼츠) 고체 SiO2 −910.86
은색
브롬화 은 고체 애그브르 −99.5
염화은 고체 애그클 −127.01
요오드화은 고체 아지 −62.4
산화은 고체 아고2 −31.1
황화 은 고체 AGS2 −31.8
나트륨
나트륨 고체 나. 0
나트륨 가스 나. 107.5
중탄산나트륨 고체 나호코3 −950.8
탄산나트륨 고체 Na2CO3 −1130.77
염화나트륨 수성 NaCl −407.27
염화나트륨 고체 NaCl −411.12
염화나트륨 액체 NaCl −385.92
염화나트륨 가스 NaCl −181.42
염소산나트륨 고체 나클로3 −365.4
플루오르화 나트륨 고체 NAF −569.0
수산화나트륨 수성 NaOH −469.15
수산화나트륨 고체 NaOH −425.93
차아염소산나트륨 고체 NaOCl −347.1
질산나트륨 수성 NANO3 −446.2
질산나트륨 고체 NANO3 −424.8
산화 나트륨 고체 Na2O −414.2
유황
황(단백질) 고체 S8 0.3
유황(롬브릭) 고체 S8 0
황화수소 가스 H2S −20.63
이산화황 가스 SO2 −296.84
삼산화황 가스 SO3 −395.7
황산 액체 H2SO4 −814
주석
티타늄
티타늄 가스 티 468
테트라클로라이드 티타늄 가스 티클4 −763.2
테트라클로라이드 티타늄 액체 티클4 −804.2
이산화티타늄 고체 티오2 −944.7
아연
아연 가스 Zn 130.7
염화아연 고체 ZnCl2 −415.1
산화아연 고체 ZnO −348.0
황산아연 고체 ZnSO4 −980.14

아립하틱 탄화수소

공식 이름 ΔfH⦵ /(kcal/mol) ΔfH⦵ /(kJ/mol)
스트레이트 체인
CH4 메탄 −17.9 −74.9
C2H6 이데인 −20.0 −83.7
C2H4 에틸렌 12.5 52.5
C2H2 아세틸렌 54.2 226.8
C3H8 프로판 −25.0 −104.6
C4H10 엔부탄 −30.0 −125.5
C5H12 엔펜탄 −35.1 −146.9
C6H14 엔헥산 −40.0 −167.4
C7H16 엔헵탄 −44.9 −187.9
C8H18 엔옥탄 −49.8 −208.4
C9H20 n-노네인 −54.8 −229.3
C10H22 엔데케인 −59.6 −249.4
C4 알칸 브랜딩 이소머
C4H10 이소부탄(메틸프로판) −32.1 −134.3
C5 알칸 브랜딩 이소머
C5H12 네오펜탄(디메틸프로판) −40.1 −167.8
C5H12 이소펜탄(메틸부탄) −36.9 −154.4
C6 알칸 브랜딩 이소머
C6H14 2,2-디메틸부탄 −44.5 −186.2
C6H14 2,3-디메틸부탄 −42.5 −177.8
C6H14 2-메틸펜탄(isohexane) −41.8 −174.9
C6H14 3-메틸펜탄 −41.1 −172.0
C7 알칸 브랜딩 이소머
C7H16 2,2-디메틸펜탄 −49.2 −205.9
C7H16 2,2,3-트리메틸부탄 −49.0 −205.0
C7H16 3,3-디메틸펜탄 −48.1 −201.3
C7H16 2,3-디메틸펜탄 −47.3 −197.9
C7H16 2,4-디메틸펜탄 −48.2 −201.7
C7H16 2-메틸헥산 −46.5 −194.6
C7H16 3-메틸헥산 −45.7 −191.2
C7H16 3-에틸펜탄 −45.3 −189.5
C8 알칸 브랜딩 이소머
C8H18 2,3-디메틸헥산 −55.1 −230.5
C8H18 2,2,3,3-테트라메틸부탄 −53.9 −225.5
C8H18 2,2-디메틸헥산 −53.7 −224.7
C8H18 2,2,4-트리메틸펜탄(이소옥탄) −53.5 −223.8
C8H18 2,5-디메틸헥산 −53.2 −222.6
C8H18 2,2,3-트리메틸펜탄 −52.6 −220.1
C8H18 3,3-디메틸헥산 −52.6 −220.1
C8H18 2,4-디메틸헥산 −52.4 −219.2
C8H18 2,3,4-트리메틸펜탄 −51.9 −217.1
C8H18 2,3,3-트리메틸펜탄 −51.7 −216.3
C8H18 2-메틸헵탄 −51.5 −215.5
C8H18 3-에틸-3-메틸펜탄 −51.4 −215.1
C8H18 3,4-디메틸헥산 −50.9 −213.0
C8H18 3-에틸-2-메틸펜탄 −50.4 −210.9
C8H18 3-메틸헵탄 −60.3 −252.5
C8H18 4-메틸헵탄 ? ?
C8H18 3-에틸헥산 ? ?
C9 알칸 분기 이소머(선택됨)
C9H20 2,2,4,4-테트라메틸펜탄 −57.8 −241.8
C9H20 2,2,3,3-테트라메틸펜탄 −56.7 −237.2
C9H20 2,2,3,4-테트라메틸펜탄 −56.6 −236.8
C9H20 2,3,4-테트라메틸펜탄 −56.4 −236.0
C9H20 3,3-디에틸펜탄 −55.7 −233.0

기타유기화합물

종 위상 화학식 ΔfH⦵ /(kJ/mol)
아세톤 액체 C3H6O −248.4
벤젠 액체 C6H6 48.95
벤조산 고체 C7H6O2 −385.2
사염화탄소 액체 CCL4 −135.4
사염화탄소 가스 CCL4 −95.98
에탄올 액체 C2H5OH −277.0
에탄올 가스 C2H5OH −235.3
포도당 고체 C6H12O6 −1271
이소프로판올 가스 C3H7OH −318.1
메탄올(메틸알코올) 액체 CH3OH −238.4
메탄올(메틸알코올) 가스 CH3OH −201.0
리놀레이트 메틸(바이오디젤) 가스 C19H34O2 −356.3
수크로스 고체 C12H22O11 −2226.1
트리클로로메탄(클로로폼) 액체 CHCl3 −134.47
트리클로로메탄(클로로폼) 가스 CHCl3 −103.18
염화비닐 고체 C2H3Cl −94.12

참고 항목

참조

  1. ^ IUPAC, 화학용어 종합편찬, 제2편. ("금책")(1997년). 온라인 수정 버전: (2006–) "표준 압력". doi:10.1351/골드북.S05921
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  3. ^ 무어, 스타니츠키, 주르스. 화학: 분자 과학. 제3판 2008. ISBN 0-495-10521-X. 페이지 320–321.
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