생성 엔탈피와 표준 생성 엔탈피

핵심 정리

열화학에서 물질의 에너지 변화를 비교하려면 기준이 필요하다. 그 기준이 되는 값이 생성 엔탈피이다. 화합물의 생성 엔탈피는 그 화합물 1몰이 성분 원소의 표준 상태로부터 생성될 때의 엔탈피 변화이다. 이때 생성 반응의 출발점은 성분 원소이므로, 생성 엔탈피는 물질마다 정해진 기준값을 가진 것으로 볼 수 있다.

표준 생성 엔탈피는 모든 물질이 표준 상태에 있는 조건에서 측정한 생성 엔탈피이다. 표준 상태에서 구성 원소로부터 물질 1몰이 생성될 때의 엔탈피 변화를 뜻하며, 기호는 ΔfH⦵로 쓴다. 표준 압력은 100 kPa(1 bar)를 쓰는 것이 권장되고, 온도 기준은 별도로 두지 않는다. 고등학교 화학Ⅱ에서는 25 ℃, 1기압을 표준 상태로 놓고 문제를 푼다.

표준 생성 엔탈피의 부호는 생성 반응이 흡열인지 발열인지에 따라 정해진다. 생성 엔탈피가 양수이면 성분 원소로부터 그 물질이 만들어질 때 열을 흡수하고, 음수이면 열을 방출한다. 이 사실은 생성 엔탈피의 크기 관계로 반응 엔탈피의 부호를 판단하는 데 쓰인다. 다만 반응 엔탈피는 생성물과 반응물의 생성 엔탈피 차이로 구하므로, 한 물질의 생성 엔탈피 부호만으로 반응 전체의 부호를 단정하지 않는다.

표준 생성 엔탈피의 기준점은 원소의 가장 안정한 상태이다. 원소의 가장 안정한 상태에서 표준 생성 엔탈피는 0이다. 따라서 표준 생성 엔탈피는 원소의 가장 안정한 상태에 대해서는 0이고, 화합물에 대해서는 성분 원소의 표준 상태로부터 생성될 때의 엔탈피 변화를 나타낸다. 반응 엔탈피는 이 값들을 이용해 계산할 수 있다.

자세히

생성 엔탈피는 반응식으로 나타내면 이해가 쉽다. 예를 들어 물의 생성 엔탈피는 수소와 산소로부터 물 1몰이 생성되는 반응의 엔탈피 변화이다. 이때 생성물은 1몰이고, 반응물인 원소는 가장 안정한 상태로 존재한다. 표준 생성 엔탈피 반응식에서는 생성물의 몰 수를 1로 맞춘다. 이것이 생성 엔탈피 정의의 핵심 조건이다.

생성 엔탈피의 정의에서 가장 중요한 조건은 세 가지이다. 첫째, 생성되는 물질은 1몰이다. 둘째, 출발 물질은 성분 원소이다. 셋째, 원소는 표준 상태에 있다. 세 조건 중 하나라도 어긋나면 그 값은 표준 생성 엔탈피가 아니다. 예를 들어 열화학 반응식의 계수가 2배이면 반응 엔탈피도 2배가 되지만, 그 값을 생성 엔탈피로 보면 안 된다.

연소 엔탈피는 생성 엔탈피와 자주 비교되는 개념이다. 연소 엔탈피는 물질 1몰이 완전 연소할 때의 엔탈피 변화이다. 연소 엔탈피는 생성물의 종류와 반응 계수에 따라 헤스 법칙으로 계산한다. 즉, 연소 엔탈피를 구하려면 연소 반응식을 쓰고, 여러 단계의 반응 엔탈피를 더하거나 빼서 목표 반응의 값을 얻는다. 생성 엔탈피로 연소 엔탈피를 구하는 방법도 같은 원리에 따른다.

아래 표는 생성 엔탈피와 관련 개념을 비교한 것이다.