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재료 열역학

탄산칼슘의 분해 CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g)의 표준 반응 엔탈피를 ΔH° = +178 kJ/mol, 표준 반응 엔트로피를 ΔS° = +161 J/(mol·K)라 하고, 둘 다 온도에 관계없다고 한다. CO₂의 분압이 1 bar인 표준 상태에서 분해가 자발적으로 진행되기 시작하는 온도(ΔG° = 0이 되는 온도)에 가장 가까운 것은 무엇인가?

  1. A약 833 K
  2. B약 1106 K
  3. C약 1379 K
정답과 해설 보기

정답: B. 약 1106 K

ΔG° = ΔH° − TΔS° = 0으로 두면 T = ΔH°/ΔS° = 178×10³ J/mol ÷ 161 J/(mol·K) ≈ 1106 K이며, 섭씨온도로는 약 833℃입니다. 이 온도보다 높으면 ΔG° < 0이 되어, CO₂의 분압이 1 bar라도 분해가 진행됩니다. 약 833 K는 구한 절대 온도에서 273을 뺀 섭씨온도의 수치에 단위 K를 붙여 버린 것입니다. 약 1379 K는 반대로 273을 더해 버린 값입니다. ΔH°를 kJ 그대로 ΔS°의 J로 나누면 약 1.1 K가 되므로, 단위를 맞추는 것도 중요합니다. 실제 석회석의 하소에서는 CO₂의 분압을 낮추면 더 낮은 온도에서도 분해가 진행됩니다.

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