벤젠은 동일하게 탄소 6개로 이루어진 사슬보다 왜 연소열이 적은가요?
안녕하세요. 방향족 고리의 대표 화합물이라고 할 수 있는 벤젠은 동일하게 탄소 6개로 이루어진 알켄 사슬보다 왜 방출되는 연소열이 적은가요?
탄소 원자 수가 같은 경우라면 일반적으로는 더 불안정한 구조일수록 연소 시 더 큰 에너지를 방출하게 되는데요, 그런데 벤젠은 같은 탄소 수(C₆)로 이루어진 헥세인과 같은 직선형 알켄에 비해 연소열이 적게 방출됩니다. 그 이유는 바로 방향족성에 의한 안정화 효과 때문입니다. 우선 연소열은 한 화합물이 완전히 연소하여 CO₂와 H₂O로 바뀔 때 방출되는 에너지인데요 화합물 자체가 불안정할수록, 즉 높은 위치의 에너지 준위에 있을수록, 연소할 때 더 많은 에너지가 방출됩니다.반대로 화합물이 안정할수록, 이미 낮은 에너지 상태에 있기 때문에, 연소 시 방출되는 에너지는 상대적으로 적습니다.
또한 벤젠(C₆H₆)은 단순한 단일결합과 이중결합이교대로 나타나는 이중결합이 있는 고리(1,3,5-헥사트리엔)처럼 보이지만 실제로는 그렇지 않은데요, 벤젠의 6개의 π 전자는 고리 전체에 걸쳐서 완전히 공명화되어 있으며, Hückel 규칙(4n+2, n=1)에 해당하는 방향족 안정화를 얻습니다. 이 때문에 벤젠의 실제 구조는 3개의 이중결합이 국소화된 구조보다 훨씬 안정하며 이 안정화 효과는 약 150 kJ/mol 정도로 알려져 있으며, 이를 방향족 안정화 에너지라고 합니다. 즉 동일한 탄소 6개짜리 사슬 알켄(예: 1-헥센)은 공명 안정화가 없기 때문에 상대적으로 더 높은 에너지 상태에 있으며 이에 따라서 연소 시 더 많은 에너지를 방출합니다. 반면, 벤젠은 이미 안정화된 상태에 있으므로, 최종 생성물(CO₂, H₂O)과의 에너지 차이가 작아져 연소열이 상대적으로 작게 나타납니다. 감사합니다.