지난번에는 아보가드로수의 대해 설명하였다. 이번에는 "기체"에 대해 알아보자. 기체에 대해 모르는 사람은 없다고 생각한다. 기체는 물질의 세가지 상태 즉, 고체, 액체, 기체중의 하나인데, 이는 입자들이 서로 멀리 떨어져 자유롭게 움직이며, 모양과 부피가 일정하지 않은 상태를 말한다. 기체의 특징은 다음과 같이 정리 될 수 있다.
기체의 특징
| 형태가 없음 | 용기 모양을 그대로 따라가요. |
| 부피가 일정하지 않음 | 압력이나 온도에 따라 쉽게 줄거나 늘어나요. |
| 입자 간 거리가 멂 | 입자들이 거의 자유롭게 날아다님, 서로 충돌만 함. |
| 밀도가 낮음 | 고체나 액체보다 훨씬 가볍고 희박해요. |
그렇다면, 기체는 어떻게 설명할 수 있을까? 가채는 물리학적으로 기체상태 방정식과 분자 운동 이론으로 설명할 수 있는데, 이 때 나오는 것이 보일의 법칙, 샤를의 법칙과 이상기체 법칙이다.
이제, 이러한 것들을 정리해보자.
10.1 기체의 특성:
기체는 압축성이 크고, 분자들이 서로 멀리 떨어져 있어 균일하게 혼합됨.
10.2 기체 변수:
기체의 상태는 압력(P), 부피(V), 온도(T), 몰수(n)로 결정됨.
압력 단위: 파스칼(Pa), 바(bar), 기압(atm), 토르(torr)
기압 측정 기구: 기압계(barometer), 마노미터(manometer)
10.3~10.4 이상기체 법칙:
- 보일의 법칙: V ∝ 1/P (온도와 몰수 일정)
- 샤를의 법칙: V ∝ T (압력과 몰수 일정)
- 아보가드로 법칙: V ∝ n (온도와 압력 일정)
- 이상기체 상태방정식: PV=nRT
10.5~10.6 기체의 밀도 및 분압:
- 기체의 밀도: M=dRT/P
- 돌턴의 부분압력 법칙: Pt=P1+P2+P3+…
- Pi=XiPt (Xi: 몰분율)
10.7 분자운동론(KMT):
- 기체 분자는 지속적으로 움직이며 충돌함.
- 평균 운동 에너지는 절대온도(T)에 비례.
- 기체 분자의 속도:
10.8 확산과 유출:
- 확산 : 기체가 다른 기체 속으로 퍼짐.
- 유출 : 기체가 작은 구멍을 통해 빠져나감.
- 10.9 실제 기체의 거동:
실제 기체는 높은 압력과 낮은 온도에서 이상기체법칙과 차이를 보임.
- 반 데르 발스 방정식:
위와같이 정리할 수 있겠다. 지난번 글을 읽었다면, 이번 글의 대해서는 쉽게 이해할 수 있었을 것으로 본다. 약간의 수식 들을 포함하는 내용이었지만, 수식의 들어가는 기호 등이 어렵지 않았을 것이라 생각을 해본다. 과학의 수식은 수학으로부터 비롯되는 것이기 때문에 과학을 하기 위해서는 수학을 기본 적으로 익히는 것도 필요하다고 본다. 다음은 액체와 분자간의 힘의 대해 나누려고 한다. 조금만 기다려 달라.
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