열역학 요약(6, 17장)

-열역학 1 법칙: E, H

-열역학 2 법칙: S

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-열역학 2 법칙: S

-자유에너지: G

-자유에너지와 일

열역학제1법칙은자발적인변화를예측못함

에너지는보존된다. 그것은창조되거나파괴되지않는다. 그러나열혹은일의형태로전달된다.

DE = q + w

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우주의전체에너지는일정하다:

DE계 + DE주위 = DE우주 = 0

에너지보존의법칙은모든변화에적용된다. 자발적인변화의방향을예측하도록허용하지는않는다.

H/W: 내부에너지의 종류

내부에너지(E)와엔탈피(H)

• DE = q + w

– DE를결정하기위하여, 열과일이측정되어야한다.

• 대부분의화학적일은 PV일이다.

– 외부압력의존재하에서계의부피가변할때일은행하여진다.

• 엔탈피 (enthalpy, H )

• H ≡ E + PV

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DH 의부호는그자체로자발적인변화의방향을예측할수없다.

• H ≡ E + PV

• E : 계의내부에너지, P : 계의압력, V : 계의부피.

• E, P, V 가모두상태함수→ 엔탈피도상태함수.

– DH = DE + D(PV)

• 만약계가일정한압력하에서부피가거의변하지않으면,

- DH ≈ DE

엔트로피(무질서도)

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엔트로피(무질서도)

어떤계에서미시상태의수(W) 는그계의엔트로피(S) 와관련된다.

더적은미시상태를가진계는더낮은엔트로피를가진다.더많은미시상태를가진계는더높은엔트로피를가진다.

S = k lnW

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더많은미시상태를가진계는더높은엔트로피를가진다.

모든자발적인흡열반응은엔트로피에서증가를보여준다.

엔트로피는주어진상태에서존재한계내에있을수있는배열의수를설명하는열역학적함수이다.

DS = q가역T

가역과정에대한 DS

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가역과정은계가평형상태를계속적으로유지하면서매우작은변화가천천히일어나는과정이다. 아주작은역방향조건에의해서변화의방향은역으로되돌아갈수있다.

열역학제2법칙

반응에대한 ΔS의부호는그자체로자발적인반응의방향을예측하지못한다.

만약계와주위를모두고려한다면, 모든실제의과정들은우주의엔트로피가증가하는방향으로자발적으로일어난다.

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일어난다.

DS우주 = DS계 + DS주위 > 0

어떤과정이자발적으로되기위하여, 계의엔트로피감소는주의의더큰엔트로피증가로상쇄되어야만한다.

열역학제3법칙

절대영도에서완전결정의엔트로피는영이다.

S계 = 0 , 0 K에서

완전결정은모든입자가결함이없이배열된상태이다. 절대영도에서입자들은최소한의에너지를가진다. 따라서

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절대영도에서입자들은최소한의에너지를가진다. 따라서오직하나의미시상태가있다.

S = k lnW = k ln 1 = 0

주어진온도에서물질의엔트로피를구하기위하여, 그것을가능한 0 K 에가깝게냉각시킨다. 그런다음미소한양으로가열하고, q와 T를측정하고, 각증가에대한 DS을계산한다. DS값의합은관심있는온도에서절대엔트로피값을준다.

깁스(Gibbs) 자유에너지

깁스자유에너지 (G)는계의엔탈피와엔트로피를결합한다.

G = H – TS

자유에너지변화 (DG) 는반응의자발성의척도이며또한그반응으로부터 얻을수있는유용한에너지의척도이다.

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반응으로부터 얻을수있는유용한에너지의척도이다.

DG계 = DH계 - T DS계

자발적인반응에대해 DG < 0비자발적인반응에대해 DG > 0평형을이루는계에대해 DG = 0

반응자발성에미치는온도의효과

모든온도에서반응은자발적

만약 DH < 0 이고 DS > 0 이면,모든 T 에서 DG < 0

DG계 = DH계 - T DS계

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모든 T 에서 DG < 0

모든온도에서반응은비자발적

만약 DH > 0 이고 DS < 0 이면,모든 T 에서 DG > 0

반응자발성에미치는온도의효과

T 가증가할때반응은자발적만약 DH > 0 이고 DS > 0 이면,

T가증가할때 DG는더욱음수가된다.

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T 가감소할때반응은자발적만약 DH < 0 이고 DS < 0 이면,

T 가감소할때 DG는더욱음수가된다.

ΔG와평형상수

20-13평형상수는온도에따라변한다.

DG, Q및 K

QK

DG = RT ln = RT lnQ – RT lnK

만약 Q와 K가매우다르면, DG는매우큰값(양혹은음)을가진다. 그반응은많은양의자유에너지를방출하거나

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가진다. 그반응은많은양의자유에너지를방출하거나흡수한다.

만약 Q와 K가거의같으면, DG는매우작은값(양혹은음)을가진다. 그반응은매우적은양의자유에너지를방출하거나흡수한다.

자유에너지와일

정성적인유용성:

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