흡열 반응 : 특성, 방정식 및 예 - 화학 - 2026

흡열 반응은 그 주변에서, 열 또는 방사선의 형태로 에너지를 흡수해야한다 자리를 차지할 것입니다. 일반적으로 항상 그런 것은 아니지만 주변의 온도가 낮아지는 것으로 인식 할 수 있습니다. 또는 반대로 타는 불꽃으로 얻은 것과 같은 열원이 필요합니다.

에너지 또는 열의 흡수는 모든 흡열 반응이 공통적으로 갖는 것입니다. 그들의 본질과 관련된 변형은 매우 다양합니다. 얼마나 많은 열을 흡수해야합니까? 대답은 열역학, 즉 반응이 자발적으로 발생하는 온도에 달려 있습니다.

녹는 얼음 종유석. 출처 : Pixabay

예를 들어, 가장 상징적 인 흡열 반응 중 하나는 얼음에서 액체 물로의 상태 변화입니다. 얼음은 온도가 약 0ºC에 도달 할 때까지 열을 흡수해야합니다. 그 온도에서 그 녹는 것은 자발적으로되고 얼음은 완전히 녹을 때까지 흡수됩니다.

해변과 같은 더운 공간에서는 온도가 더 높기 때문에 얼음이 열을 더 빨리 흡수합니다. 즉, 더 빨리 녹습니다. 빙하가 녹는 것은 바람직하지 않은 흡열 반응의 한 예입니다.

왜 이런 일이 발생합니까? 얼음이 뜨거운 고체로 나타나지 않는 이유는 무엇입니까? 답은 두 상태에서 물 분자의 평균 운동 에너지와 수소 결합을 통해 서로 상호 작용하는 방식에 있습니다.

액체 물에서 분자는 결정체에서 움직이지 않고 진동하는 얼음보다 더 자유롭게 움직입니다. 이동하려면 분자는 진동이 얼음의 강한 방향성 수소 결합을 끊는 방식으로 에너지를 흡수해야합니다.

이러한 이유로 얼음은 열을 흡수하여 녹습니다. "뜨거운 얼음"이 존재하려면 0ºC 이상의 온도에서 녹기 위해 수소 결합이 비정상적으로 강해야합니다.

흡열 반응의 특성

상태의 변화는 적절한 화학 반응이 아닙니다. 그러나 동일한 일이 발생합니다. 생성물 (액체)은 반응물 (얼음)보다 에너지가 더 높습니다. 이것이 흡열 반응 또는 공정의 주요 특징입니다. 생성물이 반응물보다 더 에너지가 높습니다.

이것이 사실이지만 제품이 반드시 불안정해야한다는 의미는 아닙니다. 그럴 경우 모든 온도 또는 압력 조건에서 흡열 반응이 자발적으로 중단됩니다.

다음 화학 방정식을 고려하십시오.

A + Q => B

여기서 Q는 열을 나타내며 일반적으로 줄 (J) 또는 칼로리 (cal) 단위로 표시됩니다. A가 열 Q를 흡수하여 B로 변하면 흡열 반응이라고합니다. 따라서 B는 A보다 더 많은 에너지를 가지고 있으며 변환을 달성하기 위해 충분한 에너지를 흡수해야합니다.

A와 B에 대한 흡열 반응 다이어그램. 출처 : Gabriel Bolívar

위의 다이어그램에서 볼 수 있듯이 A는 B보다 에너지가 적습니다. A가 흡수하는 열 Q의 양은 활성화 에너지 (보라색 정점에 도달하는 데 필요한 에너지)를 극복하는 정도입니다. A와 B의 에너지 차이는 반응의 엔탈피 ΔH로 알려져 있습니다.

ΔH> 0

모든 흡열 반응은 생성물이 반응물보다 더 에너지가 많기 때문에 위의 다이어그램을 공통적으로 가지고 있습니다. 따라서 이들 간의 에너지 차이 ΔH는 항상 양수입니다 (H _Product -H _Reactive > 0). 이것이 사실이기 때문에이 에너지 필요를 공급하기 위해서는 주변으로부터 열이나 에너지를 흡수해야합니다.

그리고 그러한 표현은 어떻게 해석됩니까? 화학 반응에서 결합은 항상 끊어져 새로운 결합을 만듭니다. 그것들을 깨기 위해서는 에너지 흡수가 필요합니다. 즉, 흡열 단계입니다. 한편, 결합의 형성은 안정성을 의미하므로 발열 단계입니다.

형성된 결합이 오래된 결합을 끊는 데 필요한 에너지 양에 필적하는 안정성을 제공하지 않으면 흡열 반응입니다. 이것이 반응물에서 가장 안정적인 결합의 파괴를 촉진하기 위해 추가 에너지가 필요한 이유입니다.

반면 발열 반응에서는 반대가 발생합니다. 열이 방출되고 ΔH는 <1 (음수)입니다. 여기서 생성물은 반응물보다 더 안정적이며 A와 B 사이의 다이어그램 모양이 변경됩니다. 이제 B는 A보다 낮고 활성화 에너지는 더 낮습니다.

주변 환경을 식 힙니다.

모든 흡열 반응에 적용되는 것은 아니지만 일부는 주변 온도를 낮 춥니 다. 흡수 된 열이 어딘가에서 나오기 때문입니다. 결과적으로 A와 B의 변환이 컨테이너 내부에서 수행되면 냉각됩니다.

반응이 더 많이 흡열 될수록 용기와 그 주변이 더 차가워집니다. 실제로 일부 반응은 마치 냉장고에서 나온 것처럼 얇은 얼음 층을 형성 할 수도 있습니다.

그러나 주변을 식 히지 않는 이러한 유형의 반응이 있습니다. 왜? 주변 열이 충분하지 않기 때문입니다. 즉, 화학 방정식에 쓰여진 필요한 Q (J, cal)를 제공하지 않습니다. 따라서 이것은 화재 또는 자외선이 들어올 때입니다.

두 시나리오간에 약간의 혼동이 발생할 수 있습니다. 한편으로 주변의 열은 반응이 자발적으로 진행되기에 충분하며 냉각이 관찰됩니다. 다른 한편으로는 더 많은 열이 필요하고 효율적인 난방 방법이 사용됩니다. 두 경우 모두 동일한 일이 발생합니다. 에너지가 흡수됩니다.

방정식

흡열 반응에서 관련 방정식은 무엇입니까? 이미 설명했듯이 ΔH는 양수 여야합니다. 이를 계산하기 위해 먼저 다음 화학 방정식이 고려됩니다.

aA + bB => cC + dD

A와 B는 반응물이고 C와 D는 생성물입니다. 소문자 (a, b, c 및 d)는 화학 양론 계수입니다. 이 일반 반응의 ΔH를 계산하기 위해 다음 수학식이 적용됩니다.

ΔH _제품 -ΔH _시약 = ΔH _rxn

직접 진행하거나 별도로 계산을 수행 할 수 있습니다. ΔH _제품의 경우 다음 합계를 계산해야합니다.

c ΔH _f C + d ΔH _f D

여기서 ΔH _f 는 반응에 관련된 각 물질의 형성 엔탈피입니다. 관례 적으로 가장 안정적인 형태의 물질은 ΔH _f = 0입니다. 예를 들어, O ₂ 와 H _2의 분자 또는 고체 금속은 ΔH _f = 0입니다.

이제 반응물 ΔH _시약에 대해 동일한 계산이 수행됩니다 .

a ΔH _f A + b ΔH _f B

그러나 방정식에서 ΔH _시약 을 ΔH _Products 에서 빼야 한다고 말하고 있으므로 위의 합계에 -1을 곱해야합니다. 그래서 당신은 :

c ΔH _f C + d ΔH _f D-(a ΔH _f A + b ΔH _f B)

이 계산 결과가 양수이면 흡열 반응입니다. 음성이면 발열 반응입니다.

일반적인 흡열 반응의 예

드라이 아이스 증발

드라이 아이스. 출처 : Nevit, Wikimedia Commons

아이스크림 카트에서 나오는 흰색 연기를 본 사람은 누구나 흡열 "반응"의 가장 일반적인 예 중 하나를 목격했습니다.

일부 아이스크림 외에도 드라이 아이스라고 불리는 흰색 고체에서 방출되는 이러한 증기는 안개 효과를 생성하는 시나리오의 일부였습니다. 이 드라이 아이스는 고체 이산화탄소에 지나지 않으며, 온도와 외부 압력을 흡수하면 승화되기 시작합니다.

어린이 청중을위한 실험은 드라이 아이스로 가방을 채우고 밀봉하는 것입니다. 잠시 후 가스 상태의 CO ₂ 로 인해 팽창 하여 작업을 생성하거나 백의 내부 벽을 대기압에 대해 압박합니다.

빵 굽기 또는 음식 요리

구운 빵. 출처 : Pixabay

빵 굽기는 화학 반응의 한 예입니다. 이제 열로 인해 화학적 변화가 있기 때문입니다. 갓 구운 빵의 향기를 맡은 사람은 누구나 흡열 반응이 일어나고 있음을 알고 있습니다.

반죽과 모든 재료는 빵이되고 전형적인 특성을 나타 내기 위해 필수적인 모든 변형을 수행하기 위해 오븐의 열을 필요로합니다.

빵 외에도 주방에는 흡열 반응의 예가 가득합니다. 요리하는 사람은 매일 그들을 다룹니다. 파스타 요리, 곡물 연화, 옥수수 곡물 가열, 계란 요리, 고기 조미료, 케이크 굽기, 차 만들기, 샌드위치 데우기; 이러한 각 활동은 흡열 반응입니다.

일광욕

태양 목욕을하는 거북이. 출처 : Pixabay

단순하고 흔한 것처럼 보이지만 거북이나 악어와 같은 특정 파충류가 취하는 일광욕은 흡열 반응의 범주에 속합니다. 거북이는 태양의 열을 흡수하여 체온을 조절합니다.

태양이 없으면 물의 열을 유지하여 따뜻하게 유지합니다. 연못이나 어항의 물을 식히는 것으로 끝납니다.

대기 질소와 오존 형성의 반응

번개. 출처 : Pixabay

공기는 주로 질소와 산소로 구성됩니다. 번개가 치는 동안 이러한 에너지가 방출되어 N ₂ 분자에서 질소 원자를 함께 보유하는 강한 결합을 끊을 수 있습니다 .

N ₂ + O ₂ + Q => 2NO

반면에 산소는 자외선을 흡수하여 오존이 될 수 있습니다. 성층권에서는 매우 유익하지만 지상에서는 생명에 해로운 산소 동소체. 반응은 다음과 같습니다.

3O ₂ + v => 2O ₃

여기서 v는 자외선을 의미합니다. 이 간단한 방정식의 메커니즘은 매우 복잡합니다.

물의 전기 분해

전기 분해는 전기 에너지를 사용하여 분자를 형성 요소 또는 분자로 분리합니다. 예를 들어, 물의 전기 분해에서 수소와 산소의 두 가지 가스가 생성되며 각각 다른 전극에 있습니다.

2H ₂ O => 2H ₂ + O ₂

또한 염화나트륨은 이와 동일한 반응을 일으킬 수 있습니다.

2NaCl => 2Na + Cl ₂

한 전극에서는 금속 나트륨이 형성되고 다른 전극에서는 녹색의 염소 거품이 나타납니다.

광합성

식물과 나무는 생체 물질을 합성하기 위해 에너지 공급원으로 햇빛을 흡수해야합니다. 이를 위해 사용 CO ₂ 및 물을 원료 단계의 긴 시리즈를 통해, 혈당 등의 당류로 전환된다. 또한 산소가 형성되어 잎에서 방출됩니다.

일부 염의 솔루션

염화나트륨이 물에 용해되면 유리 또는 용기의 외부 온도에 눈에 띄는 변화가 없습니다.

염화칼슘, CaCl ₂ 와 같은 일부 염 은 Ca ²⁺ 이온의 큰 수화 결과로 물의 온도를 증가시킵니다 . 그리고 질산 암모늄이나 염화물, NH ₄ NO ₃ 및 NH ₄ Cl 과 같은 다른 염 은 물의 온도를 낮추고 주변을 냉각시킵니다.

교실에서 가정 실험은 종종 이러한 염 중 일부를 용해시켜 흡열 반응이 무엇인지 보여줍니다.

온도의 감소는 NH ₄ ⁺ 이온의 수화가 염의 결정질 배열의 용해에 유리하지 않기 때문입니다. 결과적으로 염은 물에서 열을 흡수하여 이온이 용해되도록합니다.

이를 증명하기 위해 일반적으로 매우 일반적인 또 다른 화학 반응은 다음과 같습니다.

Ba (OH) ₂ 8H ₂ O + 2NH ₄ NO ₃ => Ba (NO ₃ ) ₂ + 2NH ₃ + 10H ₂ O

형성된 물의 양을 기록하십시오. 두 고체가 혼합되면 암모니아 냄새가 나고 온도가 떨어지면서 용기의 외부 표면이 문자 그대로 얼어 붙는 Ba (NO ₃ ) ₂ 수용액 _{이 얻어진다} .

열 분해

가장 일반적인 열 분해 중 하나는 중탄산 나트륨 NaHCO _3으로 가열시 CO ₂ 와 물 을 생성 합니다. 탄산염을 포함한 많은 고체는 종종 분해되어 CO ₂ 및 해당 산화물 을 방출 합니다. 예를 들어 탄산 칼슘의 분해는 다음과 같습니다.

CaCO ₃ + Q => CaO + CO ₂

마그네슘, 스트론튬, 탄산 바륨도 마찬가지입니다.

열분해는 연소와 다르다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 첫 번째에는 점화가 없거나 열이 방출되지 않고 두 번째에는 발생합니다. 즉, 연소는 초기 열원이 발생하거나 자발적으로 발생해야하는 경우에도 발열 반응입니다.

물에 염화 암모늄

소량의 염화 암모늄 (NH4Cl)을 시험관의 물에 녹이면 튜브가 이전보다 차가워집니다. 이 화학 반응 중에 열이 환경에서 흡수됩니다.

삼 황산나트륨

일반적으로 하이포라고 불리는 티오 황산나트륨 (Na ₂ S ₂ O ₃ .5H ₂ O)의 결정이 물에 용해되면 냉각 효과가 발생합니다.

자동차 엔진

자동차, 트럭, 트랙터 또는 버스 엔진에서 휘발유 또는 디젤을 태우면 이러한 차량의 순환에 사용되는 기계적 에너지가 생성됩니다.

끓는 액체

액체를 가열하면 에너지를 얻고 기체 상태가됩니다.

계란 요리

열이 가해지면 계란 단백질이 변성되어 일반적으로 섭취되는 고체 구조를 형성합니다.

음식 요리

일반적으로 음식의 성질을 바꾸기 위해 열로 조리 할 때 항상 흡열 반응이 발생합니다.

이러한 반응은 음식이 더 부드러워지고 가단성 덩어리를 생성하며 포함 된 성분을 방출하는 원인이됩니다.

전자 레인지로 음식 가열

마이크로파 방사로 인해 식품의 물 분자는 에너지를 흡수하고 진동하기 시작하며 식품의 온도를 높입니다.

유리 성형

유리가 열을 흡수하면 조인트가 유연 해져 모양을 쉽게 변경할 수 있습니다.

양초 소비

캔들 왁스는 화염의 열을 흡수하여 녹아 모양이 변합니다.

온수 청소

뜨거운 물을 사용하여 냄비 나 옷과 같이 기름이 묻은 물체를 청소할 때 기름이 얇아지고 제거하기 쉽습니다.

식품 및 기타 물체의 열 살균

물체 나 음식을 가열 할 때 포함 된 미생물도 온도를 높입니다.

많은 열이 공급되면 미생물 세포 내에서 반응이 일어납니다. 결합이 끊어 지거나 단백질의 변성과 같은 이러한 반응의 대부분은 결국 미생물을 죽입니다.

열로 감염과 싸우십시오.

열이 발생하면 신체가 감염을 일으키고 질병을 일으키는 박테리아와 바이러스를 죽이는 데 필요한 열을 생성하기 때문입니다.

생성되는 열이 높고 열이 높으면 신체의 세포도 영향을 받아 사망의 위험이 있습니다.

수분 증발

물이 증발하여 증기로 변하는 것은 환경에서받는 열 때문입니다. 각 물 분자가 열 에너지를 받으면 진동 에너지가 자유롭게 움직일 수있는 지점까지 증가하여 증기를 생성합니다.

참고 문헌

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). 화학. (8 판). CENGAGE 학습.
2. Wikipedia. (2018). 흡열 과정. 출처 : en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018 년 12 월 27 일). 흡열 반응 예. 출처 : thoughtco.com
4. 칸 아카데미. (2019). 흡열 vs. 발열 반응. 출처 : khanacademy.org
5. Serm Murmson. (2019). 흡열 반응 동안 분자 수준에서 어떤 일이 발생합니까? 허스트 시애틀 미디어. 출처 : education.seattlepi.com
6. QuimiTube. (2013). 형성 엔탈피로부터 반응 엔탈피 계산. 출처 : quimitube.com
7. Quimicas.net (2018). 흡열 반응의 예.
   출처 : quimicas.net.