[화학실험1] 5-1. 열계량

목차

1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험 절차
4. 관찰
5. 실험 결과
6. 고찰

본문내용

1. 실험 목적
일반적으로, 화학 반응 동안에는 열의 흡수와 방출이 일어난다. 이러한 열의 흐름은 열량계로 측정할 수 있다. 이번 실험에서는 용기의 열용량을 측정한 뒤, 이를 토대로 중화 반응열을 측정한다.

2. 실험 원리
열량계
- 물리 화학적 변화 과정에서 흡수/방출되는 열량을 측정하는 장치이다. 열량계는 아래와 같은 세 가지 요건을 갖춰야한다 :
1. 열을 흡수할 물질,
2. 열의 출입을 기록하는 장치,
3. 계를 주위와 격리시킬 수 있는 단열 장치

엔탈피와 열
계의 엔탈피 변화는 열의 형태로 나타나는 에너지 변화이다. 이 실험에서 압력 는 일정하므로, 열량 를 다음과 같이 나타낼 수 있다.
이 때 (열의 흐름)은 로 구할 수 있다.

열량계의 열용량 결정
실험 1에서, 엔탈피 변화량은 의 알려진 성질들(비열과 밀도)을 이용해 구할 수 있다. 만약 용기에 mL의 증류수를 넣고 온도계를 통해 구한 온도를 , 온도가 다른 물 mL의 온도를 , 두 물을 섞은 후 도달한 평형 온도를 라 하면, 여기서 은 물 mL를 포함한 용기의 열용량이다.

중화 반응
- 산과 염기가 반응하여 물과 염이 생성되는 반응이다. 이 실험에서의 중화 반응은 다음과 같다. 이 때, 는 반응 도중 발생하는 중화열의 문헌값이다.

열용량
- 어떤 물질의 온도를 1˚C 또는 1K 높이는데 필요한 열량. 단위 질량에 대한 열용량을 ‘비열’이라 한다. 열용량을 알 때, 다음과 같은 식으로 열량을 구할 수 있다 :

이번 실험에서 쓰이는 원리는 일반화학에서 다루는 “열역학”과 관련된 내용이다. 다행인 점(?)이라면 뒤의 17장에서 다루는 엔트로피/깁스 자유에너지는 사용되지 않는다는 점이고, 안타까운 점이라면 결국 저 두 개도 화학2에서 다루게 될 것이란 점이다.
이 문서의 가장 마지막 부분에 이번 실험에서 다룰 전반적인 내용들을 간략하게 다루어놨다.

참고 자료

일반화학 실험 (개정판), 박영동 저
Wikipedia
MSDS
레이먼드 창의 일반 화학 (제 12판), Raymond Chang