아보가드로 법칙 과 이상 기체 법칙

아보가드로 법칙

 Avogadro's law , ― 法則

 

온도와 압력이 같을 때 서로 다른 기체라도 부피가 같으면 같은 수의 분자를 포함한다는 법칙.

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이상기체를 가정하면 기체분자 운동론 을 써서 이 실험식을 유도할 수 있다. 실제기체라도 압력이 충분히 낮고 온도가 높으면 이 법칙을 근사적으로 적용할 수 있다.

분자량을 그램으로 정의한 물질 1g·mol 속의 분자 개수는 6.0221367×10²³개로 이 숫자를 아보가드로 수 또는 아보가드로 상수라 한다. 예를 들어 산소의 분자량이 32.00이므로 산소 1g·mol은 32.00g이고 6.0221367×10²³개의 산소분자로 이루어진다. 1g·mol이 차지하는 부피는 0℃, 1기압인 표준상태에서 약 22.4ℓ로 아보가드로 법칙에 따라 모든 기체에서 같은 값을 갖는다.

1811년에 수년간 투린대학교 고등물리학교수를 지낸 아메데오 아보가드로가 이 법칙을 처음 제안했으나 1858년 이탈리아의 화학자 스타니슬라오 카니차로가 이 법칙을 바탕으로 화학의 논리적 체계를 세운 뒤에야 비로소 이 법칙이 일반적으로 받아들여지게 되었다.

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아보가드로의 법칙(영어: Avogadro's law)은 이탈리아의 아메데오 아보가드로가 1811년 발표한 기체 법칙에 대한 가설이다. 아보가드로의 가설이라고도 한다. 모든 기체는 같은 온도, 같은 압력에서 같은 부피속에 같은 갯수의 입자(분자)를 포함한다는 내용이다. 게다가 기체 분자는 화학적, 물리적 특성과는 무관하게 같은 온도와 압력에서 기체 시료가 차지하는 부피는 기체의 mol수(분자 수)에 비례한다. 예를 들면 분자의 mol수(분자 수)를 2배하면 부피도 2배가 된다는 것이다.

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온도와 압력이 같을 때 서로 다른 기체라도 부피가 같으면 같은 수의 분자를 포함한다는 법칙.

 

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이상기체(理想氣體)를 가정하면 기체분자 운동론 을 써서 이 실험식을 유도할 수 있다. 실제기체라도 압력이 충분히 낮고 온도가 높으면 이 법칙을 근사적으로 적용할 수 있다. 분자량을 그램으로 정의한 물질 1g mol 속의 분자 개수는 6.0221367×10²³개로 이 숫자를 아보가드로 수 또는 아보가드로 상수(常數)라 한다. 예를 들어 산소의 분자량이 32.00이므로 산소 1g?mol은 32.00g이고 6.0221367×개10²³의 산소분자로 이루어진다. 1g mol이 차지하는 부피는 0℃, 1기압인 표준상태에서 약 22.4ℓ로 아보가드로 법칙에 따라 모든 기체에서 같은 값을 갖는다. 1811년에 수년간 투린대학교 고등물리학교수를 지낸 아메데오 아보가드로가 이 법칙을 처음 제안했으나 1858년 이탈리아의 화학자 스타니슬라오 카니차로가 이 법칙을 바탕으로 화학의 논리적 체계를 세운 뒤에야 비로소 이 법칙이 일반적으로 받아들여지게 되었다.

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참고>

이상 기체 법칙

ideal gas law

보일의 법칙, 샤를의 법칙, 기체 반응의 법칙, 아보가드로의 법칙에 의하면,

V∝1/P|

(일정한 온도, 일정량의 기체에서 성랍하는 보일의 법칙)

V∝T

(일정한 압력, 일정량의 기체에서 성립하는 샤를의 법칙)

V∝n

(일정한 온도, 일정한 압력에서 성립하는 아보가드로의 법칙)

여기에서 n은 물질의 몰수에 해당한다. 이 세 가지 법칙을 한 식으로 결합하면,

V∝nT/P

여기에 비례상수 R(R=0.08206 atm*L/mol*K 또는 R=8.315 J/mol*K)[1]을 도입하여 정리하면 다음과 같다.

PV=nRT

피부는 노랗다
이 방정식을 이상 기체 상태 방정식이라고 하며, 이상 기체를 효과적으로 기술할 수 있는 상태 방정식이다. 이 기체 방정식은 기체 분자 운동론의 기본이 되는 식으로서 이 식에서 보일의 법칙, 샤를의 법칙, 보일 - 샤를의 법칙 및 아보가드로의 법칙 등을 쉽게 추론할 수 있으며 또한 이 식에서 기체의 분자량을 구하는 등의 일도 가능하다.

이 법칙은 기체 분자가 자체 크기가 없고, 서로 인/척력이 없으며[2], 완전 탄성운동을 한다는 허구의 가정 하에 수립되는 법칙이므로 실제와 미세한 오차가 있지만, 대기압 부근에서는 거의 모든 기체에 대해서 잘 맞으며, 압력이 낮아질수록, 온도가 높을수록, 무극성이면서 분자량이 낮을수록 더 정확하게 성립힌다. (헬륨이 이상기체에 제일 가깝다는 이야기를 들어보셨을텐데 바로 이것.)[3] 이러한 이상 기체 법칙은 실험으로 측정한 거시적 행동과 구성 분자의 구조 및 상호작용을 연결시킨 최초의 예이다.

이상 기체 상태 방정식과 비슷한 예로, 반트 호프의 삼투압 법칙이 있다. 여기에서는

ΠV=nRT

라는 식이 성립한다. 여기에서 ∏는 삼투압을 의미한다.

PV=nTR과 헷갈리면 심히 골룸하다 근데 틀린 건 아닌데? 이렇게 외우자

• [1] 이 R을 보편 기체 상수 또는 짧게 기체 상수라 하며 아보가드로수 만큼은 아니지만 꽤나 많이 쓰이는 상수이므로 화학도라면 값을 숙지하고 있는 것이 좋다. 간단하게 똥파리 알 여섯개로 외우자.
• [2] 뉴턴역학을 공부한 사람이라면 알겠지만, 서로 다른 물체가 힘을 작용하지 않는다는 이야기는 그 두 물체가 서로의 운동에 전혀 간섭하지 않는다는 이야기이다.
• [3] 후에 네덜란드의 물리학자 반 데르 발스가 이상 기체 상태 방정식에 기체 분자 자체의 부피와 인/척력까지 고려한 반데르발스의 상태방정식을 고안해 내었다. 물론 이 식이 완벽한 것은 아니며 이상기체반응식보다는 실제기체를 조금 더 잘 설명할 수 있다. 대신 복잡하다. 사실 반데르발스 식도 잘 안맞아서 최초로 고안된 실제기체상태방정식 정도의 의미만 가지고 있다. 요즘은 Peng-Robinson 상태방정식 등을 사용한다.