열역학 제2법칙과 엔트로피 (3) - gibbs 자유에너지와 표준 엔트로피

표준 엔트로피 (S ˚) : 물질의 1atm의 특정온도(주로298K) 에서 1몰의 엔트로피

이때 A->B가 되는 반응을 살펴보자

A의 표준 엔트로피가 a이고 B의 표준 엔트로피라면 엔트로피의 증가량은 b-a이다.

따라서 이를 식으로 나타내면

△S ˚=∑S ˚(생성물)-∑S ˚(반응물) 이라는 결론을 얻을 수 있다.

이때의 △S ˚이 표준 반응 엔트로피라고 한다.

 

열역학 제 2법칙에서

△S(univ)=△S(sys)+△S(surr)

1.△Suniv>0 자발적

2.△Suniv<0 비자발적

3.△Suniv=0 가역적

 

주위의 엔트로피 변화 △S(surr)에 대해 살펴보자

발열반응에서 계에서 열이 방출되므로

△S>0

흡열반응에서는

△S<0이라는 식이 나오게 된다.

이때 △S가 등압조건에서는 △H(sys)의 식으로 표현 가능하다.

△H=△U+△Pv=△q+△w+P△v+v△P=△q+v△P 등압이므로 △H=△q

△q(surr)=-△q(sys) 

△H(sys)=-△q(surr)

△q(surr)/T=△S(surr)=-△H(sys)/T 

 

이때 자발적인 과정에서 살펴보자

자발적인 과정에서 △S(univ)>0 이다.

이때 발열반응에서는 △S(surr)>0 △S(sys)<0이고

흡열반응에서는 그 반대가 된다.

이 두반응의 합이 0보다 커야한다.

△S(univ)=△S(sys)+△S(surr) 등압에서는

T△S(univ)=T△S(sys)+T△S(surr) -> T△S(univ)=T△S(sys)-△H(sys)

-T△S(univ)=△H(sys)-T△S(sys)≤0 이라는 식이 얻어진다.

이때 좌항의

-T△S(univ)=G라고 정의하고 이를 Gibbs의 자유에너지로 정의한다.

△G=-T△S=△H(sys)-T△S(sys) 이는 계에 대한 식으로 정리된다.

 

이때 계가 열을 얻으면 (흡열반응) △H>0

계가 열을 잃으면 (발열반응) △H<0이다.