기체 용질의 용해 반응은 항상 발열 반응인 이유는 무엇인가요?

Question

안녕하세요. 고체 용질의 용해반응은 반응에 따라서 흡열 반응일 수도 있고 발열 반응일 수도 있는데요, 기체 용질의 용해 반응은 항상 발열 반응인 이유는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 네, 질문해주신 사항은 기체가 액체에 녹는 과정에서 열역학적 원리와 관련이 있는데요, 우선 기체가 액체에 녹을 때 일어나는 과정은 크게 두 단계로 볼 수 있습니다. 먼저 기체 분자가 액체와 접촉하면서 용액 속으로 들어가는데요, 용매 분자 주변에 기체 분자가 위치하면서 반데르발스 힘이나 수소 결합과 같은 분자간 상호작용을 형성하는데 이 과정에서 시스템이 더 안정화되며 에너지가 방출됩니다.

이때 용해 과정이 발열반응인 이유는 에너지적으로 안정화되는 과정이기 때문인데요, 기체 분자가 액체에 녹아 용매와 새로운 상호작용을 형성하면, 기체 분자는 자유롭게 이동할 수 있는 상태에서 상대적으로 제약을 받는 안정된 상태로 변합니다. 즉 시스템의 내부 에너지가 감소하고, 그 에너지 차이는 열로 방출되는데요 따라서 기체가 액체 속에 녹아 수화 또는 용해되는 과정은 항상 에너지를 방출하므로 발열인 것입니다. 감사합니다.