화2 자유에너지 질문
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ㄴ을 그냥 몰라서 찍었는데요
왜 (나)가 가장 작나요? 나에서 다로 가는 반응이 자발적이니까 (다)가 가장 작지 않나요?
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(나)에서 가열해주지 않으면 (다)로 가는 반응이 일어나지 않아요.
즉 에너지를 가해주지 않으면 비자발적이므로, (나)→(다) 반응의 ΔG>0으로 봤네요.
델타S가 음수이므로 -T델타s는 온도가 증가할수록 값이 증가하게 되므로 나→다에서 온도가 증가했으니 자유에너지의 변화량이 양의 값이 되어 증가한다고 본 것 같아요
음..??
△S가 음수이긴하지만, 컴공님은 (나)에서와 (다)에서 정반응의 △G를 비교하신 것 같아요.
문제에서 비교할 건 △G가 아니라 그냥G 인데,
(다)에서 △G>0인 것과 / G가 (나)보다 큰 것은 아무 상관이 없지 않을까요?
델타G=델타H-T델타S라는 식에서 온도가 변할수록 실제론 델타H와 델타S의 값이 변하지만 대부분의 문제에선 거의 차이가 없다고 가정하죠. 그래서 T만이 변수가 되는데 이때 (나)에서의 온도보다 (다)에서의 온도가 높으므로 -T델타S의 값이 증가하게 되었다고 (델타S는 음수니까요) 생각했어요 델타 G가 양수이므로 나→다의 변화량이 양수라고 본 거죠..ㅎㅎ 그러니까 일종의 수학에서의 변화량 개념으로 생각한겁니다 그러니까 G의 값도 증가하게 되는거라고 생각했어요
아뇨아뇨 음...
구하신 △G는 (나), (다)에서 '정반응이 자발적이냐 비자발적이냐를 나타내주는 표지'일 뿐이에요.
그리고 그건 (나)→(다)로 가는 반응의 △G>0이 아닌 것 같아요!
음..G=H-TS라는 식으로 델타G에 대한 식이 유도된 것으로 아는데요, 그럼 G의 상황에서 봐도 H와 S는 상수라고 본다면 T가 변화하는 만큼 G가 변하잖아요? 그러면 G가 증가한 것으로 봐도 되지 않을까요? 반응성의 자발성을 따질때 쓰는것은 물론 알고 있지만 델타G는 생성물의G-반응물의G이니 델타G>0이라는 것은 생성물의G가 반응물의G보다 크다는 것을 의미하는 것으로 봐도 될 듯 싶은데요 가→나 반응보다 가→다 반응에서의 델타G의 크기가 크기도 하니까요
델타를 떼버리시면 그 때는H와 S를 상수취급 할 수 없어요! 엔탈피와 엔트로피도엄연히 온도에 대한 함수 아닌가요...?
(나)→(다)에서 온도가 올라갔으니 H, T, S가 전부 증가하고, 그러면 G를 정확히 비교할 수 없다고 봐요.
그리고 반응/생성물을 얘기하셨는데...
저는 더욱더 헷갈렸던게, (나)와 (다)는 "평형상태" 이거든요. 순수한 반응물이나 생성물보다도 G가 낮은 상황이에요.
물론 순수한 반응물 or 생성물의 G를 비교한다면 온도가 높은 (다)가 가장 높겠지만, 평형상태이기 때문에 함부로 단정짓기 힘들었네요. 이거는 어떻게 생각하세요??
사실 온도 변화에 의한 H와 S의 변화는 상당히 미미한 것으로 알고 있습니다(저도 물론 수험생이라 정확하지 않을 수도 있음을 양해바랍니다) 웬만한 온도 변화량이 아니면 H와 S는 큰 변화폭이 없다고 알고 있어요
이 문제에서는 아마 몇만 K 정도의 단위를 다루지는 않았을거라 생각합니다. 기껏해야 500~1000K정도의 물질을 다룬다고 가정했어요(지금껏 나온 어떤 문제라도 상수취급하고 푼다는 것을 당연시하고 있기에 그렇게 여겼습니다 물론 온도에 따라 H와 S가 변하는건 사실이지만요)
자유에너지란 물질이 가지는 열역학적으로 안정한 정도를 나타내는 표지입니다. 어쩌면 온도가 증가했기 때문에 열역학적으로 불안정해짐은 당연하다는 생각이 (갑자기) 나지만..이건 집어치우구..
저도 질문글을 받으면서 탐탁지 않은 부분이 있어서 책을 뒤져봤는데.. 자유에너지는 압력과 농도에 의해 변화하는 개념이라고 합니다 (온도는 언급되어 있지 않네요 저도 온도와 관계가 있을 거라고 생각했는데..당황) 이 개념으로 본다면 생성물과 반응물의 온도가 변화하더라도 압력과 농도가 일정하다면 물질 자체의 자유에너지는 변화 하지 않으니 (가)와 (다)의 반응물과 생성물의 자유에너지는 동일한 것이 되는군요. 그렇다면 가나다를 비교할 수 있겠죠. 잠시 자료를 더 찾아보고 댓글 달겠습니다!
추가글)
인터넷 자료를 찾아보니 또 온도와의 상관관계가 있다고 하니..이 문제 자체에서는 상관없을듯 합니다만..(일단 최소인 곳을 찾는게 목적이니) 나개인적인 생각)
나→다의 변화가 일어날때 열이라는 조건이 개입되었으므로 가→다에서의 반응은 자발적인게 아닙니다. 그러므로 여기서의 델타 G는 양의 값을 가지게 된다고 봐도 되지 않을까요? 비자발적인 반응이니까요 그렇다면 여기서 가와 다는 G가 비교가 가능해지는데요. 이런 생각이 갑자기 드는데 어떻게 생각하시나요?
(마지막 댓글에 댓글이 안달려서...
네 저도 그렇게 생각했어요.!
에너지를 가해줘야만 (나)→(다)가 되므로 (다)가 되는 과정은 비자발적이다....라고 하고는 싶은데, 찜찜함이 남아있어서...ㅎㅎ
+ 저는 오히려 (가)와 (다)가 비교불가라고 생각함니당.
(가)→(나)는 평형상태로 가는 과정에서 G가 감소함이 명백한데,
(다)는 온도상승으로 G가 증가했다가 평형에 도달함으로 인해 G가 다시 감소한다고 생각하면 또 복잡해지고... 어떻게ㅁ비교하죠?ㅠ
가→다에서의 반응이 비자발적이라고 댓글을 달아드렸는데..그때 전 가→다에서의 반응이 비자발적이므로 델타G가 양수라고 생각했거든요 그런데 생각해보니 가→나→(온도 일정)평형이후의 정반응을 생각해보니 나→(줄여서)평.이.정반응은 델타G가 양수이지만 가→평.이.정반응은 양수일 수도, 음수일 수도 있다는 생각이..ㅎㅎ전 그때 단순히 가→다는 비자발적이니까 당연히 델타G는 양수지! 그러면 나중G-현재G>0이므로 다>가라고 생각했거든요. 아마 님께서도 G의 그래프를 생각하면서 고민하셨던것 같은데..! 이런것이라면 단순 비교는 불가능하겠군요. 제 생각이 짧았던 것 같습니다ㅠㅠ
dG=dH-TdS에서, T에 따른 dG변화를 그래프로 도시하세요. 가장 명쾌함. 초기온도에서 dS가 음수임에도 dG가 음수이므로 dH는 당연 음수인 발열반응. 따라서 ㄱ 은 오답. x축 T, y축 dG 그래프 그리면 dH는 y절편, 기울기는 -dS 이므로 우상향그래프. 온도 증가시 dG는 음으로 그크기가 작아지다가 결국 양으로 커짐. 따라서 ㄴ 나의 자유에너지가 가장 작다가 맞음. ㄷ 발열반응이므로 가열시 평평상수 K는 감소.
위에다 썻다가 걍 알려주기싫어서 지웠는데
위의 상황은 표준상태가 아니라서
정확하게 풀이할꺼면 dG=dH-TdS 쓰면 안되요