반응 엔탈피

Reaction Enthalpy

화학 반응은 분자들이 활성화 에너지라는 언덕을 넘는 과정이고, 생성물이 반응물보다 낮으면 발열, 높으면 흡열이에요. 결합을 끊을 때 에너지를 흡수하고 새 결합을 만들 때 방출하므로, 그 차로 ΔH를 계산할 수 있어요. 엔탈피는 상태함수라 경로와 무관하게 시작과 끝만으로 정해지며, 이것이 헤스의 법칙이에요. 이 페이지에서는 ΔH 슬라이더로 엔탈피 다이어그램을 바꾸고, 결합 에너지와 헤스의 법칙을 함께 살펴봐요.

직관 도입: 에너지의 언덕 넘기

💡 비유: 산을 넘어가는 등산

①화학 반응 = 분자들이 '에너지 언덕'을 넘는 과정

②언덕 높이 = 활성화 에너지(E_a): 반응을 시작하려면 이만큼 필요

③도착지가 출발지보다 낮으면? → 열을 방출 (발열 반응)

④도착지가 출발지보다 높으면? → 열을 흡수 (흡열 반응)

⑤손난로 = 발열(ΔH<0), 냉찜질 팩 = 흡열(ΔH>0)

엔탈피 다이어그램 시각화

ΔH (kJ)-40

🔍 슬라이더를 조작해보라!

①ΔH를 음수로 → 생성물이 반응물보다 아래 = 발열

②ΔH를 양수로 → 생성물이 반응물보다 위 = 흡열

③어느 쪽이든 전이 상태(언덕 꼭대기)는 반드시 넘어야 한다

④E_a = 반응 시작에 필요한 최소 에너지

결합 에너지로 ΔH 계산하기

결합 분리 정도3

결합 에너지 이용 공식

ΔH = Σ(반응물 결합 에너지) − Σ(생성물 결합 에너지)

끊는 데 흡수한 에너지 − 형성 시 방출한 에너지

💡 왜 이 공식이 성립하는가?

①모든 화학 반응은 '기존 결합 끊기 + 새 결합 형성'

②결합 끊기 = 에너지 흡수 (항상 +)

③결합 형성 = 에너지 방출 (항상 −)

④새 결합이 더 강하면 → 방출 > 흡수 → 발열(ΔH<0)

⑤이것이 '생성물이 더 안정하다'의 물리적 의미

헤스의 법칙

ΔH_총 = ΔH₁ + ΔH₂ + ΔH₃ + ⋯

반응 경로와 무관하게 총 엔탈피 변화는 시작과 끝 상태에만 의존

생성열 이용

ΔH = Σ(생성물 생성열) − Σ(반응물 생성열)

홑원소 기준 생성열로 어떤 반응의 ΔH도 계산 가능

💡 왜 경로 무관인가?

①엔탈피는 '상태함수': 현재 상태에만 의존

②서울→부산: 고속도로든 국도든 위치 차이(고도)는 같다

③직접 반응의 ΔH를 모르더라도, 다른 반응을 조합해 구할 수 있다

예제로 익히기

예제 1

H₂ + Cl₂ → 2HCl 반응의 ΔH를 결합 에너지로 구하시오. (H−H = 436, Cl−Cl = 243, H−Cl = 431 kJ/mol)

ΔH = Σ(반응물 결합 끊기) − Σ(생성물 결합 형성).

ΔH = (436 + 243) − (2 × 431)

계산한다.

ΔH = 679 − 862 = −183 kJ

▸ −183 kJ (발열 반응)

결합 끊기는 흡수(+), 형성은 방출(−). 새 결합(HCl)이 더 강해 ΔH<0 → 발열.

예제 2

다음 두 반응으로 C + ½O₂ → CO의 ΔH를 구하시오. (가) C + O₂ → CO₂, ΔH = −394 kJ (나) CO + ½O₂ → CO₂, ΔH = −283 kJ

헤스의 법칙: 목표 반응 = (가) − (나)로 조합한다.

C + ½O₂ → CO = (가) − (나)

ΔH를 빼서 계산한다.

ΔH = (−394) − (−283) = −111 kJ

▸ −111 kJ

헤스의 법칙: 직접 측정 어려운 반응도 알려진 반응의 조합(더하고 빼기)으로 ΔH를 구한다.

총정리

핵심 공식

ΔH = Σ(결합 에너지_끊기) − Σ(결합 에너지_형성)

또는 ΔH = Σ(생성물 생성열) − Σ(반응물 생성열)

수능 유형 변형

어떤 반응에서 반응물의 결합 에너지 합이 1000 kJ, 생성물의 결합 에너지 합이 1200 kJ이다. 이 반응의 ΔH와 종류는?

①+200 kJ, 흡열

②−200 kJ, 발열

③+2200 kJ, 흡열

④−2200 kJ, 발열

⑤0 kJ, 열 출입 없음

▸ ② −200 kJ, 발열

ΔH = Σ(반응물 결합) − Σ(생성물 결합)에 대입한다.

ΔH = 1000 − 1200 = −200 kJ

ΔH < 0이므로 발열 반응이다.

ΔH < 0 → 발열

🎯 시험 포인트

①ΔH < 0: 발열 반응(열 방출) 생성물이 안정

②ΔH > 0: 흡열 반응(열 흡수) 생성물이 불안정

③헤스의 법칙: 경로 무관, 총 ΔH는 시작·끝에만 의존

④생성열: 홑원소 물질에서 화합물 1 mol 생성 시 ΔH

⑤활성화 에너지(E_a): 반응을 시작하는 데 필요한 최소 에너지