오늘은 중3 과학 1단원에 마지막 파트인 화학반응이 일어날 때 에너지 출입에 대하여 알아보겠습니다.
- 화학반응시 에너지 출입 -
화학반응이 일어날 때 에너지 출입(이동)은 두 가지 있습니다. 발열 반응과 흡열 반응입니다. 단어가 생소할 수 있는데, 간단하게 보시면 됩니다.
- 발열반응과 흡열반응이란? -
발열반응은 열이 발생하는 반응이고, 흡열반응은 열을 흡수하는 반응입니다..
예를 들면 우리가 무언가를 연소하면 어떻게 되나요? 열이 나오죠. 이처럼 열이 나오는 반응을 발열 반응이라고 합니다. 즉, 주변으로 열을 보내는 반응이죠. 우리가 목욕을 하고 나오면 춥다는 느낌이 들죠. 왜? 제 몸에 묻어 있는 물이 공기 중으로 증발이 되는데, 물이 수증기가 되려면 열이 필요하죠? 제 몸의 열을 빼앗아 물을 수증기가 되고, 제 몸의 온도는 내려가게 되죠. 그럼 이 반응은 흡열 반응일까요? 발열 반응일까요? 생각해 보세요^^
발열 반응은 반응하는 물질의 에너지와 생성되는 물질의 에너지를 비교해보면 반응하는 물질의 에너지가 커서 에너지를 방출하게 되는 반응이고, 흡열 반응은 반응하는 물질의 에너지가 생성되는 물질의 에너지보다 작아서 에너지가 흡수되어야 반응이 일어나는 반응입니다.
그래프는 고등 화학1 교재에 수록된 그래프입니다. 중학교에서는 다르지 않은 부분이죠.
우리가 사용하는 물질은 에너지가 안정된 상태입니다. 화학에서 안정된 상태라는 것은 에너지가 낮을 때을 말합니다. 흡열 반응에서 반응물의 에너지가 생성물의 에너지보다 낮죠. 그럼 반응물이 생성물보다 안정하다고 보면 됩니다.
그럼, 왜 반응이 일어날 때 에너지의 출입이 있어야 할까요?
물질을 사람으로 표현해서 설명을 드리도록 하겠습니다.
우선, 사람이 가장 안정한 상태는 어떤 상태일까요? 가장 안정한 상태... 말이 어렵나요?? 그럼 여러분은 휴식을 취할 때 어떤 자세로 있나요?? 만약 집에서 쉬고 있다고 생각해 봅시다. 전 집에서 쉬고 있을 때 아이들과 노는 것 제외하고 거의 누워있네요. ㅋㅋㅋ 누워있을 때 가장 편안한 상태라고 생각합니다. 여러분도 그렇죠? 이처럼 물질도 가장 편안한(안정한) 상태가 있는데, 그 상태가 에너지가 가장 낮은 상태입니다.
에너지가 높으면 물질은 에너지를 스스로 방출하여 낮은 상태가 되도록 합니다. 사람도 마찬가지이죠? 흥분한 상태일 때 우리는 '심호흡하면서 숨 좀 돌려'라고 하잖아요. 심호흡을 에너지라고 보시면 돼요. 그리고 누워있는데, 누가 깨우면 열받죠?? 특히 일요일에 늦잠이라도 자고 싶은데, 깨우면 짜증이 나죠. 여기서 짜증이 에너지(열)로 보시면 됩니다. 물질로 사람처럼 안정한 상태를 계속 유지를 하려고 합니다. A라는 물질의 에너지가 높은 상태이면 어떻게 해서든 에너지를 방출하여 에너지를 낮게 만들어서 안정한 상태로 되려고 하고, 반대로 에너지가 낮은 안정한 상태라고 하면 반응을 안 하려고 하겠죠? 이처럼 반응이 일어날 때 에너지의 출입에 의해서 일어난다고 보시면 됩니다. 그럼, 발열 반응과 흡열 반응의 예를 볼까요?
- 발열반응의 예 -
발열 반응의 가장 많이 볼 수 있는 예는 바로 연소반응입니다. 나무를 태우면 열과 빛이 나오면서 재와 이산화탄소는 공기 중으로 날아가죠? 추울 때 핫팩(주머니 손난로) 사용해 본적 있죠? 핫팩에는 철과 물, 그리고 산소 들어 있는데, 철이 물과 산소와 만나면 산화철이 되면서 열이 발생합니다.
중화반응이라고 해서 산과 염기가 만나서 중화가 될 때도 열이 발생하는 발열 반응입니다.
눈이 오면 도로에 염화칼슘을 뿌리죠? 염화칼슘이 녹는 반응도 발열 반응이다. 염화칼슘을 뿌리면 스스로 녹으면서 열이 발생하여 눈을 녹이면서 물에 용해가 된다. 염화칼슘이 녹인 물은 최대 영하 52도에서 얼기 시작하기 때문에 겨울철 밤에 눈이 녹아도 잘 얼지 않는 장점이 있어서 살포하는 이유다. 발열 반응을 우리가 일상생활에서 쉽게 찾아볼 수 있다.
- 흡열 반응의 예 -
흡열 반응의 예는 바로 광합성 입니다. 광합성이란 물과 이산화탄소가 빛이 있을 때 반응이 일어나지요? 그럼 빛이 없으면 반응이 일어날까요? 아니에요. 빛이 없으면 광합성은 일어날 수 없습니다. 빛에는 열도 있어요. 이런 반응이 바로 흡열 반응입니다.
산화수은을 분해할 때 열을 흡수하는 반응도 흡열 반응입니다. 질산암모늄과 수산화바륨을 비커에 넣고 물을 조금만 넣고 나서 잘 저어주면 비커가 나무받침대에 달라붙는 것을 볼 수 있다.
그렇다면 발열 반응이나 흡열 반응이 일어날 때 에너지가 많이 방출되거나 흡수 되는 것 뿐만 아니라, 적은 양의 에너지로 방출 또는 흡수 될 수 있어요.
이론도 배웠으니까 문제를 볼까요??
질산 암모늄이 물에 녹는 반응입니다. 질산암모늄은 물에 녹으면 흡열 반응이 강하게 일어나서 주변의 온도를 낮추는데 많이 이용합니다. 그럼 정답을 찾아보세요^^ 정답은 댓글에 있습니다.
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