단원자분자, 동핵이원자분자의 질량과 표준몰엔트로피

단원자분자, 동핵이원자분자의 질량과 표준몰엔트로피

Mass and Entropy of the Atoms and Molecules

 

 

양자 역학에 따르면, 운동하는 입자의 에너지는 어떤 특정 값만을 가집니다.

(운동하는 입자의 에너지는 불연속적인 값을 가집니다.)

When quantum mechanics is applied, the energies of a moving particle are confined to certain specific values.

 

상자 내부에 있는 입자에게 허용된(상자 내부에 있는 입자가 가질 수 있는) 에너지, 또는 에너지 준위를 파동 역학으로 풀이하면 다음 식과 같습니다:

The allowed energies, or energy levels, for a particle in a box were given by equation 4 in the section on wave mechanics:

 

(n은 주양자수, h는 플랑크 상수, m은 입자의 질량, d는 상자의 길이)

 

이 식으로부터, 입자의 질량(m)이 클수록, 특정 주양자수(n) 값을 갖는 입자의 에너지(Ek) 값은 작아진다는 것을 알 수 있습니다.

From this equation we can see that the larger the mass m of a particle, the smaller the value of its energy Ek for a given value of the quantum number n.

 

또한, 질량(m)이 클수록, Ek2(n=2)와 Ek1(n=1) 사이의 차이가 작아진다는 것을 알 수 있습니다.

Furthermore, the larger the value of m, the smaller the difference between Ek2 (for n = 2) and Ek1 (for n = 1).

 

 

산소 분자(O2)와 질소 분자(N2)를 예로 들어, Ek2(n=2)와 Ek1(n=1)을 계산해보면,

(이때, 주양수와 질량을 제외한 나머지 인자는 모두 상수이므로 계산에서 제외하겠습니다.)

 

 

⇨ 질량이 더 큰 산소(O2)의 차이가 더 작습니다.

 

 

즉, 입자의 질량이 클수록, 입자의 에너지 준위들은 서로 더 가까워집니다.

(에너지 준위 사이의 간격은 줄어듭니다.)

The greater the mass of a particle, the closer together its energy levels.

 

에너지 준위들이 점점 더 가까워질수록, 동일한 양의 에너지는 좀 더 다양한 방식으로 에너지 준위 사이에서 분배될 수 있습니다.

The more closely spaced the levels, the more different ways the same quantity of energy can be distributed among them.

 

이것은, 일반적으로, 어떤 수의 입자, 그리고 어떤 양의 에너지에 대해서도 적용됩니다.

This applies, in general, for any number of particles and any quantity of energy.

 

 

 

질량이 작아서 에너지 준위 사이의 간격이 넓은 질소는 위와 같은 에너지 상태에 있을 수 있는 반면에,

 

 

 

질량이 큰 산소는 에너지 간격이 조밀하여 위와 같이 보다 다양한 에너지 상태에 있을 수 있기 때문에, 질소보다 더 큰 엔트로피 값을 가집니다.

 

 

따라서 분자가 무거울수록, 분자의 몰 엔트로피는 증가합니다.

Therefore, the heavier the molecules of a substance, the larger its molar entropy.

 

이 효과는 비활성기체족에서 매우 분명히 관찰됩니다 – 비활성기체족에서 분자량이 증가함에 따라 몰 엔트로피는 계속 증가합니다.

This effect is quite obvious among the noble gases - their molar entropies increase steadily with molar and molecular mass.

 

 

[참고자료] http://wiki.chemprime.chemeddl.org/index.php/UAVU_HKW_Entropy

 

 

 

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Why does entropy increase with molar mass(molecular weight)? For example, entropy increases as you go from He, Ne, Ar, Kr, Xe. Why?
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Entropy can be seen as energy dispersal. Higher molar mass means higher energy dispersal, energy more dispersed in the molecules, thus higher entropy.
(The bigger the molecule, the more spread out the energy in its system.)
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엔트로피를 에너지(전자)의 분산이라는 개념으로 설명하기도 합니다.
분자량이 증가하면, 이에 비례하여 분자의 크기도 증가하기 때문에,
에너지(전자)는 분자 전체적으로 더 넓게 분산될 수 있습니다.
이 때문에 엔트로피가 증가한다. 라고 설명합니다.