열화학 계(system)의 온도와 에너지 관계

Question

계(system)의 온도가 올라갔다는 것은 발열반응이라 그렇다 하는데 질문이 있습니다.

전공책에서 온도가 10도인 2가지 반응물질을 섞어 25도인 혼합물질이 만들어졌을때, 계는 10도->25도로 온도가 올라갔으므로 발열반응이라는데 이 말이 이해가 안가요.

발열반응은 '계'의 내부에서 '주위'로 열에너지를 방출하여 '주위'의 온도가 상승하는거지 '계'인 물질의 온도가 올라가는게 아닌데 위의 상황이 왜 발열반응 인가요?

'주위'의 온도가 올라간게 아니라 '계'의 온도가 올라온 상황이면 '계'가 열에너지를 받은 흡열반응이 맞지 않나요?

'주위'의 온도가 올라간게 아닌 '계'의 온도가 올라간 2문단 상황이 왜 발열반응인지 알려주시면 감사하겠습니다!!(흡열반응,발열반응일때의 '계'의 내부 온도변화와 에너지변화를 엮어서 설명해주시면 감사하겠습니다!!)

Answer 1

안녕하세요.

오늘 댓글로 몇번 오갔던 내용들을 한번 정리해드리겠습니다. 이해가 어려울 수 있습니다. 여기서 발생하는 혼란은 아마도 '계'와 '주위'의 에너지 흐름에 대한 개념 때문이라고 생각합니다. 계를 중심으로 설명드린다면 이해를 도울 수 있지 않을까 생각됩니다.
발열반응은 계에서 에너지가 주위로 방출되는 반응으로 정의할 수 있습니다. 이 반응에서 계의 내부 에너지는 감소하며, 감소된 에너지는 열의 형태로 주위에 전달됩니다. 그러나 발열반응에서 중요한 점은 에너지가 주위로 방출되는 동안 일시적으로 반응 현장에서의 온도가 상승할 수 있다는 것입니다. 이는 발열반응이 일어나는 동안 계 내부에서 방출되는 열이 완전히 즉시 주위로 이동하지 않기 때문입니다. 따라서, 계의 일부 온도가 높아지는 것은 발열반응이 진행되는 동안 내부에서 방출된 열의 일부가 계 내에 일시적으로 남아 있기 때문일 수 있습니다.
흡열반응은 계가 주위로부터 에너지를 흡수하여 내부 에너지가 증가하는 반응을 말합니다. 이 과정에서 주위의 열 에너지가 계로 이동하게 되며, 결과적으로 계의 온도가 상승하고 주위의 온도는 감소합니다. 이러한 반응은 계가 주위로부터 에너지를 끌어들임으로써 진행되며, 계 내에서 에너지가 축적되어 온도가 상승하는 것이 특징입니다.
이처럼, 계의 온도가 상승하는 것이 반드시 흡열반응을 의미하는 것은 아닙니다. 발열반응에서도 계의 내부 온도가 일시적으로 상승할 수 있으나, 이는 에너지가 주위로 전달되는 과정에서 일부 에너지가 계 내부에 일시적으로 남아 있기 때문입니다. 결국, 발열반응은 에너지가 계에서 주위로 방출되는 것을 의미하며, 계의 내부 에너지는 감소합니다. 반면, 흡열반응은 주위로부터 에너지를 흡수하여 계의 내부 에너지를 증가시키는 것을 의미하며, 계의 온도가 상승하는 주된 원인이 됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 박정은 전문가입니다.

발열반응과 흡열반응은 화학 반응에서 열이 '계(system)'와 '주위(surroundings)' 사이에서 어떻게 이동하는지에 따라 구분됩니다. 발열반응은 '계'에서 열을 방출하여 '주위'로 전달되는 반응이며, 흡열반응은 '계'가 '주위'로부터 열을 흡수하는 반응입니다.

질문에서 혼합물이 10°C에서 25°C로 상승한 경우, '계'의 온도가 상승했으므로 흡열반응으로 오해할 수 있지만, 반응이 발열반응일 수 있는 이유는 다음과 같습니다. 화학 반응 중 방출된 열이 일시적으로 '계' 내부의 온도를 상승시킬 수 있으며, 이는 주위로 열이 방출되기 전에 발생할 수 있는 현상입니다. 따라서 '계'의 온도가 상승했다고 해서 반드시 흡열반응으로 해석할 수는 없으며, 발열반응일 가능성도 있습니다.