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흡열 과정

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흡열 과정(endothermic process)은 주변에서 열을 흡수하는 화학적 또는 물리적 과정이다.[1] 열역학 측면에서 볼 때, 시스템의 엔탈피 H (또는 내부 에너지 U)가 증가하는 열역학 과정이다.[2] 흡열 과정에서 시스템이 흡수하는 열은 시스템으로 전달되는 열에너지이다. 따라서 흡열 반응은 일반적으로 시스템의 온도를 증가시키고 주변의 온도를 감소시킨다.[1]

이 용어는 19세기 프랑스 화학자 마르셀린 베르텔로가 만들었다.[3] 흡열(endothermic)이라는 용어는 '내부'를 의미하는 그리스어 ἔνδον (endon)과 '뜨거운' 또는 '따뜻한'을 의미하는 θερμ- (therm)에서 유래한다.[4]

흡열 과정은 질산 암모늄(NH
4NO
3)이 물(H
2O)에 용해되는 것과 같은 화학적 과정이거나, 얼음 조각이 녹는 것과 같은 물리적 과정일 수 있다.[5]

흡열 과정의 반대는 발열 과정으로, 열의 형태로, 때로는 전력량의 형태로 에너지를 방출하거나 "내뿜는" 과정이다.[1] 따라서 흡열(endothermic)에서 endo는 에너지가 안으로 들어가는 것을 의미하고, 발열(exothermic)에서 exo는 에너지가 밖으로 나가는 것을 의미한다. 각 용어(흡열 및 발열)에서 접두사는 과정이 일어날 때 열(또는 전기 에너지)이 어디로 가는지 나타낸다.[6]

화학에서

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티오시안산 암모늄과 수산화 바륨으로부터 티오시안산 바륨이 형성되는 과정은 매우 흡열적이어서 비커를 젖은 스티로폼에 얼릴 수 있다.

다양한 과정(상태 변화, 화학 반응)에서 결합이 끊어지고 형성되므로 일반적으로 에너지 변화가 발생한다. 형성되는 결합의 에너지가 끊어지는 결합의 에너지보다 크면 에너지가 방출된다. 이를 발열 반응이라고 한다. 그러나 결합을 끊는 데 필요한 에너지가 방출되는 에너지보다 많으면 에너지가 흡수된다. 따라서 이는 흡열 반응이다.[7]

세부 사항

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어떤 과정이 자발적으로 일어날 수 있는지는 엔탈피 변화뿐만 아니라 엔트로피 변화(∆S)와 열역학 온도 T에도 달려 있다. 어떤 과정이 특정 온도에서 자발 과정이라면, 생성물의 엔탈피가 더 높더라도 생성물은 반응물보다 더 낮은 열역학적 자유 에너지 G = H – TS를 가진다(일발성 과정).[2] 따라서 흡열 과정은 일반적으로 불리한 엔탈피 증가를 극복하여 여전히 ∆G < 0이 되도록 시스템에서 유리한 엔트로피 증가(∆S > 0)를 필요로 한다. 녹는 것과 기화하는 것과 같이 엔트로피가 더 높은 무질서한 상태로의 흡열 상전이는 흔하지만, 중간 온도에서 자발적인 화학 과정은 거의 흡열적이지 않다.[8] 가설적인 강한 흡열 과정에서 엔탈피 증가 ∆H ≫ 0는 보통 ∆G = ∆H – T∆S > 0을 초래하며, 이는 과정이 일어나지 않을 것임을 의미한다(전기 에너지나 광자 에너지에 의해 구동되지 않는 한). 흡열적이고 발열적인 과정의 예시는 다음과 같다.

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예시

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흡열성(endothermic)과 내온성(endotherm)의 구별

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"흡열성(endothermic)"과 "내온성(endotherm)"이라는 용어는 모두 고대 그리스어 ἔνδον endon "내부"와 θέρμη thermē "열"에서 유래했지만, 맥락에 따라 매우 다른 의미를 가질 수 있다.

물리학에서 열역학은 시스템과 그 주변을 포함하는 과정에 적용되며, "흡열성(endothermic)"이라는 용어는 시스템이 에너지를 "(내)부로" 가져가는 반응을 설명하는 데 사용된다(반면 "발열성" 반응은 에너지를 "외부로" 방출한다).[12][13]

생물학에서 체온 조절은 생물이 체온을 유지하는 능력이며, "내온성(endotherm)"이라는 용어는 내부 신체 기능에 의해 방출되는 열을 사용하여 적절한 온도를 유지함으로써 "내부로부터" 그렇게 할 수 있는 생물을 의미한다(반면 "외온동물"은 외부 환경의 열원에 의존한다).[14]

각주

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  1. ↑ 가 나 다 “17.3: Exothermic and Endothermic Processes” (영어). 《Chemistry LibreTexts》. 2016년 6월 27일. 2024년 6월 26일에 확인함. 
  2. ↑ 가 나 Oxtoby, D. W; Gillis, H.P., Butler, L. J. (2015). Principle of Modern Chemistry, Brooks Cole. p. 617. ISBN 978-1305079113
  3. ↑ Sutton, Mike (2007년 3월 1일). “Chemistry for the common good” (영어). 《Chemistry World》. 2024년 6월 26일에 확인함. 
  4. ↑ “endothermic | Etymology of endothermic by etymonline” (영어). 《www.etymonline.com》. 2024년 6월 28일에 확인함. 
  5. ↑ Lu, Jue Xi; Tupper, Connor; Gutierrez, Alejandra V.; Murray, John (2024), “Biochemistry, Dissolution and Solubility”, 《StatPearls》 (Treasure Island (FL): StatPearls Publishing), PMID 28613752, 2024년 6월 28일에 확인함 
  6. ↑ “Endothermic & Exothermic Reactions” (PDF). 《Ashrae》. 2024년 6월 28일에 확인함. 
  7. ↑ “Exothermic & Endothermic Reactions”. 《Energy Foundations for High School Chemistry》. American Chemical Society. 2021년 4월 11일에 확인함. 
  8. ↑ “Examples of Spontaneous Endothermic Reactions - Chemistry Examples”. 《www.chemicool.com》. 2024년 6월 28일에 확인함. 
  9. ↑ “Galactic nucleosynthesis: the onset of element production in our galaxy” (영국 영어). 《Research Features》. 2017년 5월 15일. 2024년 6월 28일에 확인함. 
  10. ↑ Austin, Patrick (January 1996). “Tritium: The environmental, health, budgetary, and strategic effects of the Department of Energy's decision to produce tritium”. Institute for Energy and Environmental Research. 2010년 9월 15일에 확인함. 
  11. ↑ Qian, Y.-Z.; Vogel, P.; Wasserburg, G. J. (1998). "Diverse Supernova Sources for the r-Process". Astrophysical Journal 494 (1): 285–296. arXiv:astro-ph/9706120. Bibcode: 1998ApJ...494..285Q. doi:10.1086/305198.
  12. ↑ “5.2: The First Law of Thermodynamics” (영어). 《Chemistry LibreTexts》. 2014년 11월 18일. 2024년 6월 28일에 확인함. 
  13. ↑ “Meaning of endothermic in English”. 《Cambridge Dictionary》. Cambridge University Press. 
  14. ↑ “Endotherm | Homeothermy, Thermoregulation, Metabolism | Britannica” (영어). 《www.britannica.com》. 2024년 6월 28일에 확인함. 

외부 링크

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