물리화학, 그 두 번째 이야기 | 엔탈피

이번 포스팅에서는 엔탈피에 대해서 다루겠다. 

 

우선, 압력이 일정한 조건에서 열역학 제 1법칙이 가지는 다른 형태에 대해서 알아보자. 

 

열역학 제 1법칙  $ \Delta U = q + w $

 

우선, $w$는 팽창 일이기 때문에 $ w = -P_{ext} \Delta V $로 나타낼 수 있고, 따라서 식을 $ \Delta U = q_p - P_{ext} \Delta V $로 다시 쓸 수 있다. ($q_p$는 압력이 일정한 조건에서의 열을 나타낸다.) 그런데, 압력이 일정한 조건이므로 $ P_{ext} = P $라고 쓸 수 있고, 따라서 식을 정리하면 $ q_p = \Delta U + P \Delta V $라고 쓸 수 있다. 또한, P가 상수이기 때문에 식을 정리하여 $ q_p = \Delta (U + PV) $라는 식을 얻는다. 이 식으로부터, 엔탈피의 정의가 이루어진다.

 

엔탈피  $ H = U + PV $

 

엔탈피는 앞 포스팅에서 설명했던 내부 에너지와 동일하게 절대량을 계산할 수 없으며, 따라서 변화만을 계산하게 된다. 엔탈피의 변화는 수식에서도 살펴보았듯이 등압 과정에서의 열 출입량으로 계산된다. 또한, 엔탈피는 상태 함수이며, 그렇기 때문에 초기 상태와 최종 상태만 안다면 그 값을 결정할 수 있는 물리량이다. 일반적으로 고체와 액체의 $PV$값은 매우 작기 때문에, 계의 엔탈피 변화량은 기체의 엔탈피 변화량으로 근사할 수 있다. 

 

다음 포스팅에서는 이상 기체의 열역학적 특성과 이상 기체에 관련된 열역학적 수식들을 알아볼 것이다.