반응의 표준 엔탈피

반응의 표준 엔탈피( $\Delta _{\text{rxn}}H^{\ominus }$ $\Delta _{\text{rxn}}H^{\ominus }$ H ${\$ { $displaystyle$ \ $Delta$ _ { \ $text$ { $rxn$ } )화학반응에 $\Delta _{\text{rxn}}H^{\ominus }$ 대한 H^{\ominus $\Delta _{\text{rxn}}H^{\ominus }$ $}}$ 또는 $\Delta H_{\text{reaction}}^{\ominus }$ ${\$ {\ $displaystyle \Delta H_{\text{reaction}^{\ominus$ 은 표준상태의 물질에 대해 계산된 총반응물과 총생성물 엔탈피의 차이이다.혼합의 엔탈피가 고려되는 한, 이것은 반응 중에 방출되거나 결합되는 총 화학 결합 에너지를 예측하는 데 사용될 수 있다.

일반 화학 반응의 경우

\displaystyle \nu _{\text{A}}{\text{A}}+\nu _{,{\text{B}}{\text{B}}~+~...\rightarrow \nu _{\text{X}}{\text{X}}+\nu _{\text{\text}Y}}{\text{Y}}~+~...}

반응의 표준 엔탈피 $\Delta _{\text{rxn}}H^{\ominus }$ $\Delta _{\text{rxn}}H^{\ominus }$ H ${\$ $(\displaystyle$ \ $Delta _{\$ text{ $rxn})$ $H^{\ominus$ }}은 $\Delta _{\text{rxn}}H^{\ominus }$ (는 $\Delta _{\text{f}}H^{\ominus }$ 형성의 표준 엔탈피와 관련이 $.\$ $\Delta$ _ ${\text{f}}$ $H^{\ominus$ }}: 다음 $\Delta _{\text{f}}H^{\ominus }$ 공식에 ^[1]의한 반응물 및 생성물의 값:

\displaystyle \Delta _{\text{rxn}}H^{\ominus}=\sum_{products,~p}\nu_{p}\Delta_{\text{f}}H_{p}^{\ominus}-\sum _{반응제,~r}\nu _{r}\Delta _{\text{f}}H_{r}^{\ominus}}

$\nu _{p}$ 식에서 p $\$ _ ${p}$ 및 $\nu _{p}$ $\$ _ ${r}$ 는 $\nu_r$ 각 $제품$ p $\displaystyle$ p와 $r$ r $displaystyle$ r의 화학량계수입니다.많은 물질에 대해 측정되어 온 생성의 표준 엔탈피는 구성 요소에서 물질의 1몰을 생성하는 동안 모든 물질이 표준 상태일 때 엔탈피가 변화하는 것이다.

표준 상태는 모든 온도와 압력에서 정의할 수 있으므로 표준 온도와 압력 모두 항상 지정해야 합니다.표준 열화학 데이터의 대부분의 값은 (25°C, 1bar) 또는 (25°C, 1atm)으로 표로 작성된다.^[2]

수용액 중 이온의 경우 정확히 1몰/리터 농도의 H수⁺ 이온이 0과 같은 생성의 표준 엔탈피를 가지도록 표준 상태를 선택하는 경우가 많아 동일한 표준 농도의 양이온 및 음이온에 대한 표준 엔탈피를 표로 작성할 수 있다.이 규칙은 전기화학 분야에서 표준 수소 전극을 사용하는 것과 일치합니다.단, 특정 분야에서는 H의⁺ 표준농도가 정확히 1몰/(kg 용매)이고(화학공학에서 광범위하게 사용), 10 $10^{-7}$ - $10^{-7}$ (\ $display$ 10 $^{-7}$ 몰 $10^{-7}$ /L(생화학 분야에서 사용) 등 다른 일반적인 선택지가 있다.따라서 생성 엔탈피의 표를 참조할 때 어떤 표준 농도 값을 사용하고 있는지 주목하는 것이 중요하다.

정의 및 측정된 표준조건에 대한 반응 엔탈피

반응의 표준 엔탈피는 단순히 실제 반응이 일어나는 조건이 아니라 단순히 지정된 표준 조건에 의존하도록 정의된다.실제로 ^[3]열화학적 측정이 이루어지는 일반적인 조건은 두 가지가 있습니다.

(a) 일정 볼륨 및 온도:

Q_{V}=\Delta U

Q V

=

Q_{V}=\Delta U

Q_{V}=\Delta U

(\displaystyle Q_{V

}=\

Delta

U

).

여기서

U

(\

displaystyle

U

E

(\displaystyle

라고도 함)는 시스템의 내부 에너지입니다.

(b) 정압 및 온도:

Q_{P}=\Delta H

Q

Q_{P}=\Delta H

=

Q_{P}=\Delta H

Q_{P}=\Delta H

{\

displaystyle Q_{P

}=\

Delta

H

Q_{P}=\Delta H

(

H=U+PV

서 H

H=U+PV

+

H=U+PV

V {\

displaystyle

H

=U+

PV

}

는

H = U + PV

시스템의 엔탈피)

이 두 조건에서 열 효과의 크기는 다릅니다.첫 번째 경우에는 밀폐된 강성 용기 내에서 반응을 실시함으로써 측정 과정에서 시스템의 부피가 일정하게 유지되고 부피 변화가 없기 때문에 작업이 필요하지 않습니다.열역학 제1법칙 $\Delta U=Q-W$ U $\Delta U=Q-W$ - $\Delta U=Q-W$ $displaystyle \Delta$ U $=Q-W)$ 에서 W는 시스템에서 수행하는 작업입니다.공정의 확장 작업만 가능한 경우 $\Delta U=Q_{V}$ U $\Delta U=Q_{V}$ $\Delta U=Q_{V}$ {\ $displaystyle \Delta$ U $=Q_{V$ ; 이는 일정한 부피에서의 반응 열이 반응 ^[3]시스템의 내부 에너지 $\Delta U$ U $\Delta U$ { $displaystyle \Delta$ U $}$ 의 $\Delta U$ 변화와 동일함을 의미합니다.

화학반응에서 발생하는 열변화는 생성물의 내부에너지 합계와 반응물질의 내부에너지 합계의 차이에 의한 것일 뿐이다.우리는 가지고 있다.

\displaystyle \Delta U=\sum U_{products}-\sum U_{reactants}

이는 또한 일정한 부피에서 흡수되는 열의 양이 내부 에너지 양의 변화에 따라 식별될 수 있음을 의미합니다.

한편, 일정한 압력에서는 시스템은 대기에 개방된 상태로 유지되거나 일정한 외부 압력이 가해지는 용기 내에 갇히게 되며, 이러한 조건 하에서 시스템의 부피가 변화합니다.일정한 압력에서의 열변화에는 시스템 내부 에너지 변화뿐만 아니라 시스템의 팽창 또는 수축 시 수행되는 작업도 포함됩니다.일반적으로 제1법은 다음을 요구한다.

Q=\Delta U+W

Q=\Delta U+W

Q=\Delta U+W

U +

Q=\Delta U+W

{

displaystyle

Q = \

Delta

U +

W

}

Q=\Delta U+W

(작업)

W $(\displaystyle$ W $)$ 가 $W$ 압력-볼륨 작업일 $경우$ , 일정한^[3] 압력에서

Q_{P}=\Delta U+P\Delta V

상태 변수의 변화가 오로지 화학 반응에 의한 것이라고 가정하면,

\displaystyle Q_{P}=\sum U_{products}-\sum U_{reactants}+P\left(\sum V_{products}-\sum V_{reactants}\right)

Q_{P}=\sum \left(U_{products}+PV_{products}\right)-\sum \left(U_{reactants}+PV_{반응제}\right

엔탈피 또는 열 함량은 H $H=U+PV$ + $H=U+PV$ V $(\displaystyle$ H $=U+$ PV $H=U+PV$ 로 정의되므로 다음과 같이 됩니다.

Q_{P}=\sum H_{products}-\sum H_{reactants}=\Delta H

관례상 표준상태의 각 원소의 엔탈피는 ^[4]0의 값을 할당한다.화합물 또는 이온의 순수한 조제가 불가능한 경우, 특별한 추가 규약을 정의한다.단, 각 반응물질과 생성물을 각각의 표준상태에서 조제할 수 있다면 각 종의 기여도는 생성 몰엔탈피에 반응 화학계수를 곱한 값 및 일정한 (표준) $P^{\ominus }$ P $P^{\ominus }$ {\ $display$ P $^{\ominus}}$ 및 $P^{\ominus }$ cons.탄트 온도(보통 298 K)는 다음과 같이 표시될^[4] 수 있다.

Q_{P^{\ominus}}=\Delta_{\text{n}}H^{\ominus}=\sum_{products,~p}\nu_{p}\Delta_{\text{f}}H_{p}^{\ominus}-\sum _{반응제,~r}\nu _{r}\Delta _{\text{f}}H_{r}^{\ominus}

위와 같이 일정한 압력에서 반응열은 엔탈피 변화 $\Delta _{\text{rxn}}H$ $\Delta _{\text{rxn}}H$ H(\ $displaystyle \Delta$ _ ${\text{rxn})$ 와 정확히 같다. $반응$ 시스템의 ^[3]H $\Delta _{\text{rxn}}H$

온도 또는 압력에 따른 변동

온도와 반응하는 엔탈피의 변화는 화학 반응에 대한 δH의 온도 유도체는 생성물과 반응물 사이의 열 용량 차이(항정 압력)에 의해 주어진다는 키르호프의 열화학 법칙에 의해 주어진다.

\left({\frac {\partial \Delta H}{\partial T}}\right)_{p}=\Delta C_{p}

H

\left({\frac {\partial \Delta H}{\partial T}}\right)_{p}=\Delta C_{p}

) p

\left({\frac {\partial \Delta H}{\partial T}}\right)_{p}=\Delta C_{p}

\left({\frac {\partial \Delta H}{\partial T}}\right)_{p}=\Delta C_{p}

C

\left({\frac {\partial \Delta H}{\partial T}}\right)_{p}=\Delta C_{p}

\

displaystyle \

leftfrac \

frac

\

flac

\

delta

H } { \

partial T

} = \

Delta C

_ {

p }

。

이 방정식을 통합하면 다른 온도에서의 측정에서 ^[5]^[6]한 온도에서의 반응 열을 평가할 수 있습니다.

$\displaystyle \Delta H^{\circ}\!\left(T\right)=\Delta H^{\circ }\!\left(T^{\circ}\right)+\int _{T^{\circ}}^{T}\Delta C_{P}^{\circ},\mathrm {d}T}$

혼합에 의한 압력변화 효과 및 보정은 반응이 이상적이지 않은 가스 및/또는 용질을 포함하거나 매우 높은 압력에서 수행되지 않는 한 일반적으로 최소화된다.이상적인 기체 용액에 대한 혼합의 엔탈피는 정확히 0입니다. 반응물과 생성물이 순수한 혼합되지 않은 성분인 반응에서도 마찬가지입니다.용액 중 용질의 농도 변화로 인한 반응 엔탈피에 대한 기여는 일반적으로 사례별로 실험적으로 결정되어야 하지만, 이상적인 용액에서는 농도의 함수로써 용액의 평균 분자간 힘의 변화가 불가능하기 때문에 이상적인 용액에 대해서는 정확히 0이 될 것이다.

서브 카테고리

각각의 경우에서 표준이라는 단어는 모든 반응물질과 생성물이 표준 상태에 있음을 암시한다.

연소의 표준 엔탈피는 유기 화합물의 한 몰이 분자 산소(O₂)와 반응하여 이산화탄소와 액체 물을 형성할 때의 엔탈피 변화입니다.예를 들어 에탄가스의 연소 기준 엔탈피는 CH(g) + (7/2) O₂(g) → 2 CO₂(g) + 3₂ HO(l) 반응이다₂₆.
생성의 표준 엔탈피는 구성 요소에서 표준 상태로 화합물의 1몰이 생성되었을 때의 엔탈피 변화이다.에탄가스 1몰 형성의 엔탈피는 2C(원자) + 3H₂(g) → CH₂₆(g)의 반응을 나타낸다.
수소화의 표준 엔탈피는 불포화합물의 1몰이 과잉수소와 반응하여 완전히 포화되었을 때 관측되는 엔탈피 변화로 정의된다.아세틸렌 1몰의 수소화는 에탄을 생성물로 생성하며 CH (g) + 2₂ H (g) → CH₂₆ (g) 공식으로₂₂ 설명된다.
중성화의 표준 엔탈피는 산과 염기가 중성화 반응을 일으켜 물 1몰을 형성할 때 발생하는 엔탈피의 변화이다.예를 들어 수용액에서 염산과 염기성 수산화마그네슘의 중화 표준엔탈피는 HCl(aq) + 1/2Mg(OH)₂ → 1/2MgCl₂(aq) + HO₂(l)의 반응을 나타낸다.

반응 엔탈피의 평가

반응 엔탈피의 값을 결정하는 방법에는 관심 반응에 대한 측정 또는 관련 반응에 대한 데이터 계산 중 하나가 포함된다.

빠르게 완료되는 반응의 경우 열량계를 사용하여 직접 반응 열을 측정할 수 있는 경우가 많습니다.이러한 측정이 일반적인 반응 중 하나는 분자 산소(O₂)와 반응하여 이산화탄소와 물(HO₂)을 형성하는 유기 화합물의 연소입니다.연소열은 이른바 폭탄열량계로 측정할 수 있는데, 이 폭탄열량계는 시스템이 초기 ^[7]^[8]온도로 돌아오면 고온에서 연소로 방출되는 열이 주변으로 손실됩니다.enthalpy는 상태함수이므로 초기상태와 최종상태 사이의 경로에서 값이 같으므로 측정된 δH는 ^[9]연소시 온도가 일정하게 유지된 경우와 동일하다.

불완전한 반응에 대해서는 온도의 함수로서 평형 상수를 구할 수 있다.반응 엔탈피는 반 $\Delta _{\text{rxn}}H^{\ominus }={RT^{2}}{\frac {d}{dT}}\ln K_{\mathrm {eq} }$ 호프 $\Delta _{\text{rxn}}H^{\ominus }={RT^{2}}{\frac {d}{dT}}\ln K_{\mathrm {eq} }$ 에서 δ $\Delta _{\text{rxn}}H^{\ominus }={RT^{2}}{\frac {d}{dT}}\ln K_{\mathrm {eq} }$ H $\Delta _{\text{rxn}}H^{\ominus }={RT^{2}}{\frac {d}{dT}}\ln K_{\mathrm {eq} }$ $\Delta _{\text{rxn}}H^{\ominus }={RT^{2}}{\frac {d}{dT}}\ln K_{\mathrm {eq} }$ $\Delta _{\text{rxn}}H^{\ominus }={RT^{2}}{\frac {d}{dT}}\ln K_{\mathrm {eq} }$ $\Delta _{\text{rxn}}H^{\ominus }={RT^{2}}{\frac {d}{dT}}\ln K_{\mathrm {eq} }$ 2 $\Delta _{\text{rxn}}H^{\ominus }={RT^{2}}{\frac {d}{dT}}\ln K_{\mathrm {eq} }$ T ln $\Delta _{\text{rxn}}H^{\ominus }={RT^{2}}{\frac {d}{dT}}\ln K_{\mathrm {eq} }$ $\Delta _{\text{rxn}}H^{\ominus }={RT^{2}}{\frac {d}{dT}}\ln K_{\mathrm {eq} }$ q $\Delta _{\text{rxn}}H^{\ominus }={RT^{2}}{\frac {d}{dT}}\ln K_{\mathrm {eq} }$ \ $displaystyle$ \ $Delta$ _ ${\$ text{ $nn}}$ 로 구한다. $H^{\ominus}={$ $RT^{2}}{\frac {d}{d$ $T}}\ln$ K_ ${\mathrm {eq$ 전기분석 볼타전지를 사용하여 특정 반응에 대한 깁스 에너지를 온도의 함수로 측정하여 $K_{\mathrm {eq} }(T)$ ( $T)$ (\ $displaystyle K_{\mathrm {eq$ } } } （ T $K_{\mathrm {eq} }(T)$ ） thereby $\Delta _{\text{rxn}}H^{\ominus }$ ⊖ $\Delta _{\text{rxn}}H^{\ominus }$ ⊖ ⊖ ⊖ ⊖ ⊖ ⊖ ⊖ t t t t t t t t t 。 $H^{\ominus$ ^[10]

또한 하나의 반응의 엔탈피를 다른 반응의 엔탈피로부터 평가할 수 있으며, 그 합계가 관심 반응이며 형성 반응일 필요는 없다.이 방법은 엔탈피 변화가 단일 반응 또는 여러 단계에서 발생하는 화학 반응에 대해 동일하다는 Hess의 법칙에 기초한다.각 단계의 엔탈피를 측정할 수 있는 경우, 그 합계는 전체 단일 반응의 엔탈피를 제공합니다.^[11]

마지막으로 관심 반응에 의해 파괴되어 형성된 결합에 대한 결합 에너지를 사용하여 반응 엔탈피를 추정할 수 있다.그러나 보고된 결합 에너지는 동일한 ^[12]요소 간의 결합을 가진 다른 분자에 대한 평균 값일 뿐이기 때문에 이 방법은 근사치일 뿐입니다.

레퍼런스

^ Petrucci, Ralph H.; Harwood, William S.; Herring, F. Geoffrey (2002). General Chemistry (8th ed.). Prentice Hall. p. 247. ISBN 0-13-014329-4.
^ Tinoco, Ignacio Jr.; Sauer, Kenneth; Wang, James C. (1995). Physical Chemistry: Principles and Applications in Biological Sciences (3rd ed.). Prentice-Hall. p. 125. ISBN 0-13-186545-5.
^ ^a ^b ^c ^d Tinoco, Ignacio Jr.; Sauer, Kenneth; Wang, James C. (1995). Physical Chemistry: Principles and Applications in Biological Sciences (3rd ed.). Prentice-Hall. p. 44. ISBN 0-13-186545-5.
^ ^a ^b Tinoco, Ignacio Jr.; Sauer, Kenneth; Wang, James C. (1995). Physical Chemistry: Principles and Applications in Biological Sciences (3rd ed.). Prentice-Hall. p. 48. ISBN 0-13-186545-5.
^ Laidler K.J. and Meiser J.H., "물리화학" (Benjamin/Cummings 1982), 페이지 62
^ Atkins P. and de Paula J., "Atkins Physical Chemistry" (8th edn, W.H. Freeman 2006), 페이지 56
^ Petrucci, Ralph H.; Harwood, William S.; Herring, F. Geoffrey (2002). General Chemistry (8th ed.). Prentice Hall. pp. 227–229. ISBN 0-13-014329-4.
^ Engel, Thomas; Reid, Philip (2006). Physical Chemistry. Pearson Benjamin Cummings. pp. 72–73. ISBN 0-8053-3842-X.
^ 엥겔과 리드 페이지 65
^ Chang, Raymond; Thoman, Jr., John W. (2014). Physical Chemistry for the Chemical Sciences. University Science Books. pp. 356–360.
^ 페트루치, 하우드, 헤링, 241~243쪽
^ 페트루치, 하우드, 헤링, 422~423쪽

[1] Petrucci, Ralph H.; Harwood, William S.; Herring, F. Geoffrey (2002). General Chemistry (8th ed.). Prentice Hall. p. 247. ISBN 0-13-014329-4.

[2] Tinoco, Ignacio Jr.; Sauer, Kenneth; Wang, James C. (1995). Physical Chemistry: Principles and Applications in Biological Sciences (3rd ed.). Prentice-Hall. p. 125. ISBN 0-13-186545-5.

[Tinoco44-3] Tinoco, Ignacio Jr.; Sauer, Kenneth; Wang, James C. (1995). Physical Chemistry: Principles and Applications in Biological Sciences (3rd ed.). Prentice-Hall. p. 44. ISBN 0-13-186545-5.

[Tinoco48-4] Tinoco, Ignacio Jr.; Sauer, Kenneth; Wang, James C. (1995). Physical Chemistry: Principles and Applications in Biological Sciences (3rd ed.). Prentice-Hall. p. 48. ISBN 0-13-186545-5.

[5] Laidler K.J. and Meiser J.H., "물리화학" (Benjamin/Cummings 1982), 페이지 62

[6] Atkins P. and de Paula J., "Atkins Physical Chemistry" (8th edn, W.H. Freeman 2006), 페이지 56

[7] Petrucci, Ralph H.; Harwood, William S.; Herring, F. Geoffrey (2002). General Chemistry (8th ed.). Prentice Hall. pp. 227–229. ISBN 0-13-014329-4.

[8] Engel, Thomas; Reid, Philip (2006). Physical Chemistry. Pearson Benjamin Cummings. pp. 72–73. ISBN 0-8053-3842-X.

[9] 엥겔과 리드 페이지 65

[10] Chang, Raymond; Thoman, Jr., John W. (2014). Physical Chemistry for the Chemical Sciences. University Science Books. pp. 356–360.

[11] 페트루치, 하우드, 헤링, 241~243쪽

[12] 페트루치, 하우드, 헤링, 422~423쪽

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