수소연료전기와 깁스에너지 궁급합니다
안녕하세요
수소연료전지는 ΔS > 0 인 자발적 반응이라고 합니다
그것을 알 수 있는 지표는 바로 깁스 에너지(G) 변화량이라고 하는데요
ΔG = ΔH계 - T(온도) x ΔS계
로 정의된다고 합니다
ΔG < 0 이라야만 자발적 반응이 일어난다고 하는데요
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이것을 수소연료전지에 적용해 보면요,
수소연료전지 반응은 발열반응이므로, ΔH계는 (-)입니다
그리고 또한 수소연료전지 반응은
기체가 액체(물)로 바뀌는 반응이므로, ΔS계는 (-)입니다
그렇다면
ΔG = ΔH계 - T(온도) x ΔS계 = (-) - Tx(-)
가 될텐데요
수소연료전지는 특정온도 이하에서는 ΔG < 0 이 되어 자발적 반응이 된다고 합니다
그렇다면
ΔG = (-) - Tx(-)가 음수가 되려면
만약 T가 양수라면 ΔG = (-) - (+)x(-) = (-) - (-) = (-) + (+) = 부호를 알 수 없음
T가 음수라면 ΔG = (-) - (-)x(-) = (-) - (+) < 0
결국 T가 음수가 되어야 하는 것이 아닐지요?
그런데 T는 절대온도라면 음수가 될 수 없을 텐데요.......
궁금합니다.........ㅜ
안녕하세요.
수소연료전지 반응에서 깁스 자유 에너지를 계산할 때, T가 음수여야 한다는 결론이 나온 이유는 부호 해석 과정에서 실수가 있었기 때문입니다.
ΔG = ΔH - TΔS에서
ΔH는 발열반응이므로 음수(-), ΔS는 기체에서 액체로 변하면서 무질서도가 감소하므로 음수(-)입니다.
즉, ΔG = (-) - T × (-)가 됩니다.
T는 절대온도로 항상 양수(+)이므로, (-) - (+) × (-) = (-) + (+)가 됩니다.
여기서 중요한 점은 ΔH의 절댓값이 TΔS보다 크다면 ΔG < 0이 되어 반응이 자발적으로 진행된다는 것입니다.
즉, 온도가 낮을수록 (-ΔS)에 의해 ΔG가 더 음수가 되어 반응이 더 자발적으로 일어납니다.
따라서 특정 온도 이하에서는 ΔG < 0이 되어 반응이 자발적으로 일어나지만, 온도가 너무 높아지면 TΔS의 영향이 커져 ΔG가 양수가 되어 반응이 자발적이지 않게 될 수도 있습니다.
즉, 수소연료전지는 상대적으로 낮은 온도에서 자발적으로 작동하는 반응임을 알 수 있습니다.
감사합니다.
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