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열을 내어놓는 반응, 흡수하는 반응| 준비물 |
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| 실험과 관찰 |
1. 발열 반응
1) 과산화수소수 30mL를 컵에 넣고 온도를 측정하고 기록한다.
2. 흡열반응
1) 식초 20mL 정도를 컵에 넣고 온도를 측정하고 기록한다.
3) 온도 변화를 측정한다. |
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왜 그럴까요? |
화학반응은 어떤 물질(들)이 다른 물질(들)로 바뀌는 과정입니다. 반응 전의 물질을 '반응물', 반응 후 생긴 물질을 '생성물'이라고 합니다.
반응이 일어나면 새로운 물질로 탈바꿈하면서 물질이 가진 에너지도 함께 변합니다.(물질과 에너지는 겉과 속처럼 한 몸입니다!) 초가 탈 때 관찰되는 불꽃은 반응 동안 물질의 에너지가 변하고 있다는 증거입니다.
반응 동안 일어나는 에너지 변화의 일부는 '열'로 흡수하거나 내어놓습니다. 열은 에너지의 한 형태입니다. 어떤 물질이 열을 얻으면 그 물질의 온도가 올라가고, 열을 빼앗기면 온도가 내려갑니다.(상태 변화 변화가 일어나는 온도 외의 온도에서) 따라서 반응 동안 열을 흡수하는지, 또는 내어놓는지는 온도의 변화를 보면 알 수 있습니다.
반응이 진행되면서 열을 내어놓는다면, 그 열을 흡수한 물질들(생성물과 주변의 물질- 예를 들어, 용매)의 온도가 올라갑니다. 이런 반응을 '발열 반응' 이라고 합니다. 열을 내어놓는 것은 어떤 물질이 아닌 반응 과정이라는 것을 꼭 기억합시다.
반대로 생성물이 만들어지면서 온도가 내려간다면, 반응 동안 열을 흡수한 것이지요. 이런 반응을 '흡열 반응' 이라고 합니다.
반응 과정 동안 열을 흡수하거나 내어놓는다는 것은 단순히 있는 열을 가져오거나 버리는 것이 아닙니다. 다른 형태의 에너지로부터 전환하여 열을 생산하거나, 열을 소비하여 다른 형태의 에너지로 전환하는 것으로, 열의 생산/소비의 의미로 생각하는 것이 도움이 됩니다. 반응이 열을 생산하면(발열 반응), 물질은 그 열을 흡수하여 온도가 올라갑니다. 반대로 반응이 열을 소비하면(흡열 반응), 그 열을 물질로부터 가지고 오므로 물질의 온도는 내려갑니다.
이러한 배경 지식을 가지고, 이번 실험의 두 가지 실험에 대해 살펴봅시다. 첫 번째 실험은 과산화수소(H2O2)의 분해 반응입니다. 이스트는 과산화수소수를 분해시키는 물질입니다. 과산화수소수가 분해되면 산소(O2) 기체와 물(H2O)이 생성됩니다. 따라서 이 반응에서 관찰된 거품은 산소 기체의 작은 덩어리들입니다.
과산화수소수가 분해하는 동안 반응 혼합물의 온도가 올라갑니다. 따라서 반응이 일어나는 동안 열이 생산되어 방출된 것이며, 이 반응은 발열 반응입니다.
두 번째 실험에서 베이킹 소다는 탄산수소나트륨(NaHCO3)이 주성분입니다. 탄산수소나트륨은 탄산 음이온(CO32-)을 가지고 있습니다. 그리고 탄산수소나트륨의 수용액은 염기성입니다. 식초는 신맛이 나는 산성 수용액이지요. 산성용 수용액에는 수소 양이온(H+) 이온이 있습니다.
베이킹 파우더의 탄산 이온(CO32-)이 식초 속의 H+ 이온을 만나면 화학반응이 일어나 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)을 만들어 냅니다.
이 반응에서 관찰되는 거품은 이산화탄소 기체의 작은 덩어리입니다. 우리가 즐겨 마시는 탄산 음료 뚜껑을 열 때 나오는 기포도 음료수에 녹아있던 이산화탄소 기체가 나오는 것입니다.
베이킹 소다와 식초가 반응하여 이산화탄소와 물을 만드는 반응이 일어나면서 반응 혼합물의 온도가 내려갑니다. 따라서 반응이 일어나는 동안 열이 흡수되어 소비된 것이며, 이 반응은 흡열 반응입니다.
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