배터리가 왜 저절로 방전될까? 기브스의 법칙으로 알아보기

 

기브스의 자유 에너지 법칙은 복잡해 보이지만 쉽게 풀면,

어떤 변화가 스스로 일어날 수 있는지

또는 외부에서 에너지를 넣어야만 일어나는지를 알려주는 법칙이에요.

 

이 법칙은 화학 반응이나 물리적 변화가 자발적으로 일어날 수 있는지 판단하는 기준이 되죠.

자유 에너지가 줄어들면 자발적으로 일어나고, 그렇지 않으면 추가적인 에너지가 필요해요.

 

이제 일상 속과 다양한 예를 통해 이해해볼게요!

 

● 얼음이 녹는 과정
얼음이 상온에서 녹는 이유도 자유 에너지 법칙으로 설명돼요.

온도가 높아지면 물 분자의 운동 에너지가 커져 얼음이 자연스럽게 물로 변하죠.

이때 자유 에너지가 줄어들어 자발적으로 변화가 일어나는 거예요.

 

● 탄산음료의 거품
탄산음료를 개봉할 때 “치익” 하고 거품이 올라오는 현상도 자발적 반응이에요.

병 안에 있던 이산화탄소 기체가 병 밖으로 빠져나가는 건,

자유 에너지가 줄어드는 방향이기 때문이에요.

따라서 뚜껑을 여는 순간 바로 거품이 솟아올라요.

 

● 녹이 스는 철
철이 산소와 만나면서 녹이 스는 현상도 자유 에너지 법칙으로 설명돼요.

철과 산소가 반응하면서

자유 에너지가 줄어들기 때문에 시간이 지나면 자연스럽게 철이 녹슬게 되는 거죠.

이게 바로 자발적 반응이에요.

 

● 초콜릿이 녹는 과정
따뜻한 온도에서 초콜릿이 서서히 녹아내리는 것도 자발적인 반응이에요.

온도가 올라가면 자유 에너지가 변하면서 고체에서 액체로 자연스럽게 변하게 되는 거죠.

 

● 물이 얼 때
반대로,

물이 추운 온도에서 얼음으로 변하는 건 자유 에너지가 줄어드는 방향으로

움직이기 때문이에요.

온도가 낮을수록 물 분자가 에너지를 잃으면서 고체 상태로 안정화되죠.

 

● 소금이 물에 녹는 현상
소금을 물에 넣으면 자연스럽게 녹죠?

이는 자유 에너지가 줄어들면서 자발적으로 용해가 일어나는 거예요.

소금 입자가 물 분자와 만나 더 안정된 상태가 되기 때문이죠.

 

● 향수의 확산
향수를 공기 중에 뿌리면 분자들이 사방으로 퍼지면서 방 안에 향이 가득 차요.

이 현상도 자유 에너지가 줄어들기 때문에 자연스럽게 일어나요.

향기 분자들이 더 고르게 퍼지는 상태가 더 안정적이기 때문이죠.

 

● 배터리가 방전되는 과정
배터리가 방전될 때 자유 에너지가 줄어드는 방향으로 전자가 이동해요.

배터리가 자연스럽게 에너지를 방출하는 건 자발적인 반응이에요.

그래서 배터리는 쓰지 않아도 시간이 지나면 서서히 방전되죠.

 

● 초신성 폭발
우주에서 별이 폭발할 때도 자유 에너지 법칙이 적용돼요.

에너지가 한꺼번에 방출되며 별이 더 안정된 상태로 변화해요.

이는 기브스의 자유 에너지가 줄어드는 극적인 예 중 하나죠.

 

● 부패하는 음식
음식이 상하는 것도 기브스 자유 에너지와 관련이 있어요.

미생물들이 음식에 침투하며 분해할 때

자유 에너지가 줄어드는 방향으로 반응이 일어나기 때문에 음식이 자연스럽게 상하는 거죠