자발적 흡열 반응과 과정의 예

흡열 과정은 주위에서 열을 흡수하므로 주위가 차가워집니다. 저절로 일어나는 대부분의 과정은 열을 내놓지만, 아래의 과정들은 열을 흡수하는데도 상온과 보통 압력에서 자발적인데, 엔트로피(무질서도)를 크게 증가시키기 때문입니다. 이 목록에는 화학 반응뿐 아니라 녹기, 증발하기, 용해하기 같은 물리 과정도 포함되며, 각 항목에 어느 쪽인지 적혀 있습니다.

  1. 상온에서 얼음이 녹는 것 — 얼음 1몰당 약 6 kJ의 열을 흡수하는 물리 변화입니다.
  2. 물웅덩이나 피부에서 물이 증발하는 것 — 열을 흡수하는 물리 변화이며, 땀이 몸을 식혀 주는 이유입니다.
  3. 드라이아이스의 승화 — 고체 이산화 탄소가 열을 흡수하여 곧바로 기체가 되는 물리 변화입니다.
  4. 질산 암모늄이 물에 녹는 것 — 물이 즉석 냉찜질 팩에 쓸 만큼 차가워지는 용해 과정입니다.
  5. 요소가 물에 녹는 것 — 일부 즉석 냉찜질 팩에서 질산 암모늄 대신 쓰이는 용해 과정입니다.
  6. 염화 암모늄이 물에 녹는 것 — 물의 온도가 눈에 띄게 내려가는 용해 과정입니다.
  7. 염화 칼륨이 물에 녹는 것 — 용액이 원래의 물보다 차가워지는 용해 과정입니다.
  8. 수산화 바륨 팔수화물과 염화 암모늄 — 두 고체 사이의 화학 반응으로 암모니아가 나오며 물이 얼 만큼 차가워질 수 있습니다.
  9. 베이킹 소다와 식초 — 이산화 탄소 기체를 내놓으면서 혼합물이 약간 차가워지는 화학 반응입니다.
  10. 베이킹 소다와 시트르산 — 입욕제의 거품과 셔벗 가루의 시원한 느낌을 만드는 화학 반응입니다.

흡열 과정이 자발적일 수 있는 이유는 무엇일까요?

과정이 저절로 일어나는지는 깁스 자유 에너지 변화 ΔG = ΔH − TΔS에 달려 있습니다. 흡열 과정은 ΔH가 양수여서 일어나는 데 불리합니다. 하지만 엔트로피 증가(ΔS)가 충분히 크면 TΔS 항이 ΔH를 넘어서 ΔG가 음수가 됩니다. 그래서 얼음은 0 °C보다 높으면 녹고 낮으면 녹지 않으며, 베이킹 소다와 식초처럼 기체를 내놓는 반응은 열을 흡수하면서도 진행될 수 있습니다.

자발적이지 않은 흡열 반응

많은 흡열 반응은 에너지를 계속 공급받아야 하고 공급이 끊기면 멈춥니다. 빛이 필요한 광합성이나, 강한 가열이 필요한 석회암이 생석회로 분해되는 반응이 그 예입니다. 이런 반응은 위의 목록에 포함되지 않습니다.

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