[물리화학실험] 열량계법을 이용한 용해열 측정

소개

물에 대한 질산 암모늄의 용해열 측정에 관한 실험 `설계`입니다.

목차

1. 목표
2. 이론
3. 실험도구
4. 실험방법
5. 결과예측
6. 결론
7. 참고문헌

본문내용

(1. 실험목표
휴대용 냉각대를 보며 어느 정도의 냉각 효과를 가질지에 대해 생각을 해봤다. 냉각대의 냉각 효과의 주 성분인 질산 암모늄(NH4NO3)과 물의 반응에 대한 용해열을 직접 측정 함으로서 냉각 효과를 알아보고 휴대용 냉각대의 온도 변화를 직접 계산해본다.

2. 이론
(1) 반응열(J)
반응열은 화학 반응이 일어날 때 방출 또는 흡수되는 열이다.

예) 양성자와 수산화기의 중화 반응에서의 반응열
H+ + OH- → H2O + 54.8kJ (ΔH = -54.8kJ )

그림1. 반응 중 엔탈피의 변화
반응이 일어나기 위해서는 일정한 활성화 에너지 이상의 에너지가 필요하다. 실험에선 활성화 에너지의 개념을 사용하지 않기 때문에 다루진 않겠다.
반응열의 종류에는 연소열, 생성열, 용해열, 중화열, 분해열등이 있다.

(2) 반응의 종류
반응에는 발열반응과 흡열반응이 있다.
발열반응은 반응 후에 열을 내는 반응이고 흡열반응은 주변의 열을 빼앗는 반응이다. 발열반응의 경우 ΔH가 –값이고 흡열반응은 ΔH가 +값이다.
질산 암모늄의 물에 대한 용해는 흡열반응이다.
(3) 용해열(J)
용해열은 어떤 물질 1 mol을 용매에 녹일 때 출입하는 열량이다. 용해열의 종류에는 미분 용해열과 적분 용해열이 있다.
적분 용해열은 1mol의 물질이 일정량의 용매에 녹을 때까지 발하거나 흡수하는 총 열량이다. 미분 용해열은 어떤 농도 용액의 무한대량 안에 용질 1mol을 녹일 때 출입하는 열을 그 농도에서의 미분 용해열이라 한다.

열량(Q) = 열용량(C) X 온도변화(△T)

암모늄염, 칼륨염, 나트륨염 등 염의 종류에서는 용해열을 흡수하는 경우가 많다.

(4) 열용량(J/deg)
열용량은 어떤 물질의 온도를 1℃만큼 높이는데 필요한 열량이다.
물체의 온도가 얼마나 쉽게 변하느냐를 나타내는 단위서 가령 열용량이 큰 물체는 온도가 잘 변하지 않는 반면 열용량이 작은 물체는 조금만 열을 가감해도 쉽게 온도 변화를 일으키게 된다. 그 값은 질량에 비례하며, 같은 질량의 열용량은 각 물질 고유의 값으로 나타나는데, 이것을 그 물질의 비열이라고 한다. 즉 어떤 물체의 열용량은 비열과 질량을 곱한 것이라 할 수 있다.

참고자료

· [1] “일반화학실험”, 조성일&이도원, 청문당
· [2] “일반화학실험”, 주정희, 교재편찬위원회
· [3] “핵심물리화학”, 신재순 외, 교보문고