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제목 [Kelda Park] AP Chem Exothermic&Endothermic reaction 질문
Lesson_09_Thermodynamics 1 4
작성자 HAF*** 등록일 2020-02-07 오후 9:59:17

Exo&Endo 내용 나올 때마다 헷갈리는 부분이 있어서 질문 드립니다ㅠㅠ

한국 교과서에서 생물 파트를 배울 때 동화작용의 예시로 아미노산을 합성하여 단백질을 만드는 과정과 이화작용의 예시로 포도당이 분해되어 물과 이산화탄소가 나온다는 내용을 배운 적이 있습니다. 더불어 이와 관련지어 동화작용에는 endothermic reaction graph를, 이화작용에는 exothermic reaction graph를 함께 배웠습니다.

이를 융합해보자면 저는 endothermic reaction의 reactant를 아미노산으로, product를 단백질로 이해했으며 exothermic reaction의 reactant를 포도당으로, product를 물과 이산화탄소로 이해했습니다. 때문에 자연스럽게 endothermic reaction을 bond forming reaction으로, exothermic reaction을 bond breaking reaction으로 알고 있었는데 AP Chem의 내용은 이런 저의 지식과는 달라 조금 혼란스럽습니다. 이에 대해 다음과 같은 두 질문을 드립니다.


1. 제가 앞서 말씀드린 기존에 제가 한국 교과서를 통해 배운 내용 자체에 오류가 있는 것인가요? 그렇다면 올바른 내용은 어떻게 되는 건가요?

2. 저는 지금까지 제가 배웠던 내용에 의거하여 고분자일수록 potential energy가 높다고 생각했었습니다. 하지만 이런 저의 생각은 product의 potential energy가 더 큰 endothermic reaction이 bond breaking reaction이라는 점에서 모순됩니다. 그렇다면 potential energy는 분자량과 상관이 없는건가요? 그렇다면 무엇과 직접적 관계가 있는 것인가요?


선생님께서 설명해주시는 말을 들으면 모두 이해가 가지만 제가 고1때 위의 내용을 꽤 강조하여 배웠기 때문에 저 예시만 생각하면 내용이 너무 헷갈리고 이해가 전혀되지 않습니다ㅠㅠㅜㅠ도와주세요ㅜㅜㅠ

2020-02-08 오전 2:14:00

안녕하세요 켈다샘입니다 

우선 학생이 말한, 동화작용이 endothermic reaction이라는 것은 sunlight energy가 반드시 필요하기 때문이고 

그로서 product가 energy 가 더 큰 상태에 있다 라는 뜻입니다 - higher enthalpy 를 가지고 있지요 

 

그리고 이화작용의 경우에는 exothermic reaction 이며 이는 energy를 release하는 reaction이기 때문입니다 

product의 energy 혹은 enthalpy가 더 lower한 상태에 놓여 있습니다. 

 

자 그런데 우선 bond breaking과 bond forming에 대해서 좀 헷갈려하는 것 같은데요 ^^

어떤 chemical reaction도 bond forming or bond breaking only 인 경우는 없습니다 

 

모든 화학반응에서는 두가지가 다 일어납니다. 

reactants의 bond는 broken 되겠지만

products의 bond는 formed 됩니다 

 

대부분의 화학반응이 bond breakup (in reactants) 와 bond formation (in products) 로 구성되어 있습니다 

그것이 enthalpy change를 계산할때 bond energy of reactants - bond energy of products를 하는 이유이고요 

 

그래서 endothermic reaction 이라는 것은 단순히 bond break up 만을 의미하는 것이 아니라 - 아미노산의 bond 들이 끊어져, 단백질의 bond를 만드는 축합 중합 반응을 할때 C-O와 N-H bond 가 깨지고, H-O와 C-N bond가 생기게 됩니다 

이를 bond energy 의 값을들 가지고 계산해보면 대략 +10 kJ가 되고 

enthapy change는 positive인 것입니다. :) 이해가 되셨나요? 

스크린샷 2020-02-08 오전 2.08.08.png

 

 

 

bonds broken: C-O(360 kJ), N-H(390 kJ)

bonds formed: C-N(280 kJ), H-O(460 kJ)

 

 

고분자일수록 potential energy가 높다.... 고 보기는 힘듭니다 

사실 potential energy가 높다는 것은 weak bonds 를 가지고 있거나 

unstable or high energy 라고 보는 것이 더 맞습니다 

 

그래서 hydrocarbons (CxHy) 즉 화석연료인 탄화수소들의 탄소와 수소의 갯수는 다양하지만 그것들이 타면서 오직 CO2, H2O라는 간단한 물질을 만들어내는데 발열반응을 하지요?

그것은 분자량이 작아서 포텐셜 에너지가 작다기보다도, CO2와 H2O 안에 있는 C=O, H-O bond가 꽤 세기도 하고

또 CO2, H2O 분자들이 하나가 아니라 여러개 생기기에 전체적으로 봤을땐 overall bond 가 stronger 해진 효과이기도 합니다 

(탄화수소의 연소 반응은 소화반응과 마찬가지입니다)

 

그래서 Potential energy or enthalpy의 경우에는 직접적인 비교를 하려고 하지 마시고 

enthalpy change 의 경우에만 focus 를 해서 생각하는 편이 

훨씬 clear합니다 

단 같은 물질의 경우에 physical state에 따라서, solid, liquid, gas 로 갈수록 Potential energy 가 커지는 부분은 아셔야겠지만요 ^^ 

 

잘 이해되셨는지 모르겠습니다 

도움 되셨기 바라고요 ㅎ 

너무 헷갈려하는거 같아 길게 적어봤습니다 

 

그럼 화이팅이요!! 

 

켈다샘이

 

 

 

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