헤스 법칙과 에너지 보존

스위스의 화학자 헤스는 반응 과정의 반응열에 관한 여러 가지 실험 결과로부터 '화학 변화에 있어서 반응 전 물질의 상태와 반응 후 물질의 상태가 결정되면 반응 경로에 관계없이 그 사이에 출입하는 열량의 총합은 일정하다.'는 것을 발표했다. 이것을 총 열량 불변의 법칙 또는 헤스 법칙이라고 한다.
(1) 탄소의 연소 반응에서 헤스 법칙 | 탄소와 산소로부터 이산화탄소가 생성될 때에는 다음과 같이 두 가지 경로가 가능하다.
<경로 1> C(s) + O₂(g) -> CO₂(g), Delta(H1) = -393.5kJ
<경로 2> C(s) + 1/2 O₂(g) -> CO(g), Delta(H2) = -110.5kJ
CO(g) + 1/2O₂(g) -> CO2(g), Delta(H3) = -283.0kJ
<경로 1>은 탄소가 산소와 반응하여 이산화탄소가 되는 반응으로, 반응열은 Delta(H) = -393.5kJ/mol이다.
<경로 2>는 탄소가 산소가 반응하여 일산화탄소로 된 후, 일산화탄소가 산소와 반응하여 이산화탄소가 되는 반응으로, Delta(H) = (-110.5kJ/mol) + (-283.0kJ/mol) = -393.5kJ/mol이다.
<경로 1>과 <경로 2>에서 반응열은 Delta(H)=-393.5kJ로 같고, Delta(H₁ = H₂ + H₃)의 관계가 성립한다.

(2) 헤스 법칙의 이용 | 헤스 법칙을 이용하면 실험에서는 측정할 수 없는 반응열을, 측정할 수 있는 다른 반응열을 이용해서 구할 수 있다.
예를 들면, 흑연을 태워서 일산화탄소를 얻는 반응은 일산화탄소만 생성되는 것이 아니고 이산화탄소도 생성되기 때문에 반응열을 실험적으로 측정하기 힘들다. 이 경우 반응열을 쉽게 측정할 수 있는 다음의 두 식을 이용하여 반응열을 구할 수 있다.

--식 하이탑 화학 2 159--

이 반응의 반응열은 1식의 반응열(Delta(H₂)) - 2식의 반응열(Delta(H₃))으로 구할 수 있다.
Delta(H1) = -393.5kJ - (-283.0kJ) = -110.5kJ

3. 결합에너지와 반응열.    ① 물질을 이루고 있는 원자간의 결합을 끊어주는데 필요한 에너지         ② 반응열 = 생성물 결합에너지 - 생성물 결합에너지.   (예) H2 + Cl2 → 2HCl + Q         H2 → 2H - 436kJ (수소 결합 E =436)         Cl2 → 2Cl - 243kJ (염소 결합 E =243)         HCl → H+Cl - 432kJ (HCl 결합E=432)           Q = 2×432 -(436+243) = 185kJ  에너지 보존 법칙 마찰이나 공기 저항이 있으면 운동하는 물체의 역학적 에너지가 감소함. 이때 감소한 역학적 에너지는 사라지는 것이 아니라 다른 형태의 에너지로 전환됨. 따라서 다른 형태의 에너지로 전환되는 것까지 모두 고려하면 에너지의 총량은 일정하게 보존됨. 이를 에너지 보존 법칙이라고 함 중력에 의한 역학적 에너지 보존 낙하 거리가 증가함에 따라 퍼텐셜 에너지는 감소하고, 그 만큼 운동 에너지가 증가함 낙하 거리는 시간의 제곱에 비례하므로 퍼텐셜 에너지는 시간의 제곱에 비례하여 감소하고, 운동 에너지는 시간의 제곱에 비례하여 증가함 마찰이 없는 빗면에서 역학적 에너지 보존 질량 m인 물체가 높이 h인 지점에서 정지해 있다가 마찰이 없는 빗면을 따라 내려와 수평면에서 속력 v로 운동할 때 역학적 에너지 보존 법칙을 적용하면 출발점에서 중력에 의한 퍼텐셜 에너지Ep와 수평면에서 운동 에너지Ek는 같아야 함 탄성력에 의한 역학적 에너지 보존 P에서 Q까지 탄성력이 한 일(합력이 한 일)=운동 에너지 변화량 위의 식을 정리하면 P 지점과 Q 지점에서 물체의 역학적 에너지의 합은 보존됨