일반화학개론 | 열역학 에너지

 

 

 

TIP

 

 

1. 에너지 
2. 에너지의 종류와 에너지 보존 
3. 열에너지, 열 및 온도 
4. 팽창의 일 
5. 에너지와 엔탈피 
6. 열량 측정 
7. 열량계 
8. 헤스 (Hess)의 법칙 
9. 표준생성엔탈피 
10. 엔트로피 
11. 자유에너지

 

 

 

1. 에너지

에너지(energy)는 일할 수 있는 능력 혹은 열을 공급할 수 있는 능력으로 정의되며, 일은 어떤 물체가 어느 거리 만큼 이동될 때 전달된 에너지를 말한다.

 

에너지 = 일 + 열

 

에너지는 크게 운동에너지와 위치에너지로 분류된다. 운동에너지 (EK)는 물체의 운동에 관련된 에너지이다. 질량이 m이고 속도가 v로 움직이는 어떤 물체의 운동에너지는

 

 

위치에너지 (EP)는 저장된 에너지로 물체의 위치 혹은 화합물의 경우 화학물질의 조성에 따라 달리 저장되어 있는 에너지이다. 운동에너지에 대한 식으로부터 에너지의 SI 단위를 구해보면,

 

 

에너지의 SI 단위인 kg㎡s^-2 은 영국의 물리학자 James Joule의 이름을 따 주울 (J)로 나타낸다.

 

과학자들은 에너지의 단위로 SI 단위인 J과 함께 칼로리 (cal)라는 단위를 많이 사용하는데, 1 cal는 1g의 물을 1 ℃ 올리는데 필요한 에너지 양으로 정의된다. 또한 칼로리와 주울과의 관계는 정확히 다음과 같다.

 

1cal = 4.184J

728x90

 

 

2. 에너지의 종류와 에너지 보존

물질이 한 가지 이상의 물리적 상태를 갖고 있듯이 에너지도 한 가지 이상의 형태를 갖고 있다. 화학자들은 일을 화학과정으로부터 유도된 직접적인 에너지변화로 정의한다. 움직이는 물체에 의한 운동에너지는 화학에서 특별히 관심이 있는 에너지 형태 중의 하나이다. 다른 에너지는 복사에너지, 열에너지, 화학에너지, 위치에너지 등이 있다.

 

태양으로부터 오는 복사에너지(radiation energy)는 지구의 기본적인 에너지의 원천이다. 이 태양에너지는 지구의 표면과 대기를 데우고 광합성을 통하여 식물들을 자라게 하고 지구 기후의 형태에 영향을 미친다.

 

열에너지(thermal energy)는 원자나 분자의 무질서한 운동과 관련된 에너지이다. 열에너지는 온도로서 측정되며 더 뜨거울수록 열에너지가 더 크다. 그러나 열에너지와 온도는 조심스럽게 구별되어야 한다. 예를 들어 30℃의 물이 10℃의 물보다 세배 더 열에너지가 높은 것은 아니다.

 

화학에너지(chemical energy)는 화학물질의 구조 속 화학결합 안에 저장되어 있다. 화학에너지의 양은 물질안의 원자의 배열 형태에 다라 정해진다. 물질이 화학반응을 할 때 화학에너지는 방출되거나, 저장되거나, 혹은 다른 형태의 에너지로 전환된다. 화학에너지도 물질내의 원자나 분자의 배열 위치에 따른 위치 에너지의 일종이다.

 

모든 형태의 에너지는 서로 전환될 수 있다. 햇빛을 쪼이면 따뜻한 것은 태양의 복사에너지가 피부에서 열에너지로 변하기 때문이며, 운동할 때에는 음식물의 화학에너지가 운동에너지로 전환되기 때문이다. 에너지는 여러 형태로 전환 될 수 있으나, 에너지가 새로이 창조되거나 소멸되지는 않는다.

 

한 형태의 에너지가 사라지면, 다른 형태의 에너지가 같은 양 만큼 생성되어야 하며, 그 역도 성립하는 것이다. 그래서 우주의 전체 에너지는 일정할 것이라고 가정하고 있으며 이를 에너지 보존 법칙(conservation law of energy)이라고 한다. 또한 이것은 열역학 제1법칙의 또 다른 표현이다.

 

 

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