아낌없이 주는 나무

일반 기체 상수 : P V = n R T , 특정 기체 상수 : P V = m R T

​

이상기체 상태방정식에 적용하는 기체상수에는 일반기체 상수 (R)와 특정기체상수(R')가 있다. 이 기체 상수는 모두 기호로 R을 똑 같이 사용하기 때문에 혼동하는 경우가 많다.

이들 기체 상수가 어떻게 구분되는지 알아 보자.

​

기체의 상태를 분석하는데 사용하는 기본 공식으로 이상기체 상태방정식이 있는데 여기에 사용하는 기체상수로 일반기체상수가 적용되느냐, 특정기체상수가 적용되느냐에 따라 이상기체 상태방정식이 다음과 같이 구분된다.

​1. 일반 기체 상수

​

가. 보일의 법칙

보일의 법칙에 따르면 온도가 일정하다면 표준상태 (0℃, 1기압)에서 기체의 부피는 압력에 반비례한다고 한다.

P1 · V1 = P2 · V2

나. 샤를의 법칙

샤를의 법칙에 따르면 압력이 일정하다면 표준상태에서 기체의 부피는 절대 온도와 비례한다고 한다.

그런데 보일의 법칙과 샤를의 법칙은 합하여 하나의 식으로 나타낼 수 있다.​

다. 아보가드로의 법칙

아보가드로는 표준상태 (0℃, 1기압)에서 기체 상태의 물질은 원자량, 분자량 만큼의 질량(g)을 가진 기체의 부피를 1몰 (mol)이라 하는데 모든 기체는 표준상태에서 원자량, 분자량은 달라도 그 부피는 22.4 ℓ 로 동일하고 입자수도 6.02 × 10^23 개로 같다는 것을 알아 냈다.

따라서 아보가드로의 법칙에 따르면 표준상태에서 기체의 부피는 그 기체의 몰수에 의해 결정된다고 한다. 이를 식으로 나타내면 다음과 같다.

그런데 위 비례식을 등식으로 만들기 위해서 사용하는 비례상수가 일반기체상수 (R)이다.

표준 상태에서 1기압 (101,325 [Pa] = 101,325 [N/㎡]), 0 [℃] (273.15 K)인 이상 기체 1 몰(mol)의 부피는 22.41 [ℓ] 이다. 이를 위 식에 대입하여 일반기체상수 (R)을 계산해 보면 8.314 [J/mol · K]이라는 값을 얻을 수 있다.​

기체상수는 기체가 이상기체라고 가정한다면 기체의 종류와 관계없이 일정한 값이 된다.

일반기체상수를 이용하여 이상기체상태방정식을 다음과 같이 표현한다.

P V = n R T

​

2. 특정 기체 상수

​

일반기체상수는 모든 기체에 동일하게 적용되는 비례상수이다. 아보가드로 법칙에 의하면 모든 기체는 표준상태에서 1 몰 (mol)의 부피가 같기 때문에 1 몰 (mol)을 기준으로 모든 기체에 적용할 수 있는 비례상수를 도출하게 되는데 이를 일반기체상수라고 부른다.

​

반면, 특정 기체 상수는 특정한 기체, 개별 기체의 상태방정식에 적용하는 비례상수를 말한다. 개별 기체에 적용하기 위해 일반 기체 상수를 해당 기체의 몰 질량으로 특정기체상수를 산정한다. 즉, 일반기체 상수는 모든 기체에 적용하기 위해 기체 1몰 (mol)을 기준으로 비례상수를 정하는 반면, 특정 기체 상수는 해당 기체에 적용하기 위해 일반 기체 상수를 해당 기체의 몰질량으로 나누어 해당 기체 1 [g]을 기준으로 비례상수를 산정한다.

​

예를 들면, '수증기'의 분자식은 H2O이다. 분자량은 18이고 몰질량은 약 18 [g/mol] 이다. (수증기 1몰 (mol)의 무게가 18[g]이라는 뜻이다)

이를 이용하여 일반기체상수 8.314 [J/mol ·K]의 몰 단위 일반기체상수를 몰질량 18 [g/mol] 으로 나누어 주면 수증기의 특정기체상수 0.462 [J/g · K]를 얻을 수 있다.

같은 방법으로 '공기 (몰질량 : 약 29 [g/mol]), 암모니아 (약 17[g/mol]), R-22 (약 86.5 [g/mol]) 등을 이용하여 해당 기체의 특정 기체상수를 구할 수 있다.

위에서 말한 기체의 몰질량과 특정기체상수는 다음과 같다.

일반기체 상수를 Rideal, 특정 기체상수를 Rspecific 라고 하면 이상기체 상태방정식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.​

             여기서, M : 몰(mol) 질량, m : 기체의 질량

​

특정기체상수를 이용한 이상기체상태방정식도 일반적으로 PV = mRT 등으로 나타내는데,

이 때 기체상수 R은 특정기체상수임을 주의해야 한다.

​

3. 비열과의 관계

​

어떤 기체가 열을 받으면 이 기체는 온도가 상승함과 동시에 부피가 증가하게 되는데

이 때 '온도 상승'과 '부피의 팽창' 비율은 특정 기체 상수에 따라 정해진다.

어떤 기체가 동일한 '정적 비열'을 가진다고 가정한다면 '특정 기체 상수'가 높으면 이 기체가 열을 받았을 때 외부로 더 많은 일을 하게 된다(온도 변화 대비)고 한다.

특정 기체 상수는 기체의 몰질량이 작을 수록 (다시 말하면 기체가 가벼울 수록) 커지므로

'열을 받은 기체의 몰질량'이 작을 수록 외부로 더 많은 일을 한다(단, 비교하는 기체들이 동일한 정적 비열을 가진다는 가정에서)는 의미가 된다.

        여기서, P · △V : 열을 받은 기체가 외부에 한 일

                     R' : 특정기체 상수, M : 기체의 몰질량

​

#기체상수 #일반기체상수 #특정기체상수 #몰질량 #이상기체 #상태방정식 #비열 #온도

Determining the density and molar mass of gas from the ideal gas law.

(이상기체 상태방정식에서 기체의 몰과 질량의 산정)

이상기체 방정식을 변형해서 기체의 밀도를 구하는 식을 유도해 보자.

여기서, P : 압력 (절대압력),        M : 기체의 분자량,               ρ : 기체의 밀도

             R : 기체 상수,                 T : 온도 (절대온도)

​

유도과정에 앞서 이상 기체 방정식은 다음과 같다.

여기서, 기체의 몰수 n 은 (기체의 질량 / 분자량) 으로 바꾸어 쓸 수 있다.

기체의 몰수 n은 다음 식으로 나타낼 수 있다.​

위 식을 이상기체상태방정식에 대입하면 다음과 같다.​

이 때 밀도는 질량 / 부피 이므로 ρ = W/V 를 위 식에 대입하면 다음 식이 된다.

다시 분자량을 좌변으로 옮기면 우리가 원하는 식이 유도된다.

1. 밀도 (Density)

​

밀도는 단위 부피에 대한 질량으로 나타내며 어느 공간에 어떤 물질이 얼마나 빼곡히 존재하는지를 나타내는 지수이다.​

2. 기체의 밀도와 몰질량

​

이상 기체 상태방정식은 다음 식과 같다.

  여기서,  P : 압력 (절대 압력),              V : 기체의 부피,                   n : 기체의 몰수

                R : 기체상수,                         T : 온도 (절대온도)

​

위 식은 다음과 같이 고쳐 쓸 수 있다.​​

그런데 기체의 몰수 n은 다음과 같이 쓸 수 있다.​

       여기서, n : 기체의 몰 수,      W : 기체의 질량,         M : 기체의 분자량 (= 몰질량)

​

위 식의 양변에 몰질량 [g/mol], M을 곱하면​

따라서

이를 차원으로 나타내 보면 다음과 같다.​​

따라서 기체의 밀도를 알면 다음 식으로 부터 기체의 몰 질량을 알 수 있다.​​

#몰질량 #몰수 #mol #질량 #부피 #이상기체상태방정식 #기체상수 #절대온도

#절대압력 #대기압 #밀도 #질량

1. 몰 (mol)과 아보가드로 수

​

몰(mol)은 원자의 양 (입자의 양)을 나타내는 단위이다.

아보가드로 수는 물질 1몰 (mol)에 포함되어 있는 기체 입자의 개수를 말한다.

물질 1몰 (mol) 속에 있는 입자의 개수는 6.02 × 1023 개이다.

만약, 물 분자 1몰에는 산소 원자 1몰과 수소원자 2몰이 들어 있게 된다.

각각의 원자 입자수는 몰수에 아보가드로 수를 곱하여 구할 수 있다.

따라서 다음과 같이 구할 수 있다.

몰 질량은 물질 1몰의 질량을 말하며, 화학식에서 물질 1몰의 질량을 나타내며 단위로는 [g/mol]을 쓴다.

​

  ※ 아보가드로는 이탈리아의 과학자이다. 분자의 개념을 확립하였으며 아보가드로 법칙이라는 표준상태에서의

      기체의 부피에 대한 가설을 수립하였다.

  ※ 표준 상태란 Standard Temperature and Pressure (STP)로 0 ℃ 1기압 상태를 말한다.

​

2. 몰 (mol)과 질량

​

몰질량은 입자 1몰을 포함하고 있는 부피의 질량을 말한다. 보통 화학식량에 그램 [g]을 붙인 값이다.

어떤 물질의 몰수는 그 물질의 질량을 몰질량이나 화학식량으로 나누어 구한다.​​

3. 몰 (mol) 과 부피

​

아보가드로 법칙은 압력과 온도가 모두 일정할 때 모든 기체상태의 물질은 같은 부피를 갖게 되고 그 속에 포함한 물질의 입자수도 같다고 한다.

이 때 몰 부피는 표준상태 (0℃, 1기압(atm))에서 모든 기체상태의 물질 1 몰 (mol)의 부피는 22.4 ℓ로 동일하다고 한다. 따라서 기체의 몰수는 다음 식으로 구할 수 있게 된다.​​

4. 몰(mol)과 질량, 부피, 입자수 사이의 관계

​

어떤 물질이 기체 상태일 때 몰 (mol)과 몰질량, 기체의 부피, 입자수 사이의 관계는 다음 그림과 같이 나타낼 수 있다.

#몰 #mol #몰질량 #몰부피 #아보가드로 #부피 #압력 #온도 #표준상태 #기압 #입자

#아보가드로수 #질량

일반 기체 상수 : P V = n R T , 특정 기체 상수 : P V = m R T

​

이상기체 상태방정식에 적용하는 기체상수에는 일반기체 상수 (R)와 특정기체상수(R')가 있다. 이 기체 상수는 모두 기호로 R을 똑 같이 사용하기 때문에 혼동하는 경우가 많다.

이들 기체 상수가 어떻게 구분되는지 알아 보자.

​

기체의 상태를 분석하는 사용하는 기본 공식으로 이상기체 상태방정식이 있는데 여기에 사용하는 기체상수로 일반기체상수가 적용되느냐, 특정기체상수가 적용되느냐에 따라 이상기체 상태방정식이 다음과 같이 구분된다.

​

1. 일반 기체 상수

​

가. 보일의 법칙

보일의 법칙에 따르면 온도가 일정하다면 표준상태 (0℃, 1기압)의 기체의 부피는 압력에 반비례한다고 한다.

P1 · V1 = P2 · V2

나. 샤를의 법칙

샤를의 법칙에 따르면 압력이 일정하다면 표준상태의 기체의 부피는 절대 온도와 비례한다고 한다.

그런데 보일의 법칙과 샤를의 법칙은 합하여 하나의 식으로 나타낼 수 있다.​

다. 아보가드로의 법칙

아보가드로는 표준상태 (0℃, 1기압)에서 기체 상태의 물질은 원자량, 분자량의 만큼의 질량을 가진 기체의 부피를 1몰 (mol)이라 하는데 모든 기체은 표준상태에서 원자량, 분자량은 달라도 그 부피는 22.4 ℓ 로 동일하고 입자수도 6.02 × 10^23 개로 같다는 것을 알아 냈다.

따라서 아보가드로의 법칙에 따르면 표준상태에서 기체의 부피는 그 기체의 몰수에 의해 결정된다고 한다. 이를 식으로 나타내면 다음과 같다.​

그런데 위 비례식을 등식으로 만들기 위해서 사용하는 비례상수가 일반기체상수 (R)이다.​​

표준 상태에서 1기압 (101,325 [Pa] = 101,325 [N/㎡]) 0 [℃] (273.15 K)인 이상 기체 1 몰(mol)의 부피는 22.41 [ℓ] 이다. 이를 위식에 대입하여 일반기체상수 (R)을 계산해 보면 8.314 [J/mol · K]라른 값을 얻을 수 있다.​

기체상수는 기체가 이상기체라고 가정한다면 기체의 종류와 관계없이 일정한 값이 된다.

일반기체상수를 이용하여 이상기체상태방정식을 다음과 같이 표현한다.

P V = n R T

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2. 특정 기체 상수

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일반기체상수는 모든 기체에 동일하게 적용되는 비례상수이다. 아보가드로 법칙에 의하면 모든 기체는 표준상태에서 1 몰 (mol)의 부피가 같기 때문에 1 몰 (mol)을 기준으로 모든 기체에 적용할 수 있는 비례상수를 도출하여 이를 일반기체상수라고 부른다.

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반면, 특정 기체 상수는 특정한 기체, 개별 기체의 상태방정식에 적용하는 비례상수를 말한다. 개별 기체에 적용하기 위해 일반 기체 상수를 해당 기체의 몰 질량으로 특정기체상수를 산정한다. 즉, 일반기체 상수는 모든 기체에 적용하기 위해 기체 1몰 (mol)을 기준으로 비례상수를 정하는 반면, 특정 기체 상수는 해당 기체에 적용하기 위해 일반 기체 상수를 해당 기체의 몰질량으로 나누어 해당 기체 1 [g]을 기준으로 비례상수를 산정한다.

​

예를 들면, '수증기'의 분자식은 H2O이다. 분자량은 18이고 몰질량은 약 18 [g/mol] 이다. (수증기 1몰 (mol)의 무게가 18[g]이라는 뜻이다)

이를 이용하여 일반기체상수 8.314 [J/mol ·K]의 몰 단위 일반기체상수를 몰질량 18 [g/mol] 으로 나누어 주면 수증기의 특정기체상수 0.462 [J/g · K]를 얻을 수 있다.​

같은 방법으로 '공기 (몰질량 : 약 29 [g/mol]), 암모니아 (약 17[g/mol]), R-22 (약 86.5 [g/mol]) 등을 이용하여 해당 기체의 특정 기체상수를 구할 수 있다.

위에서 말한 기체의 몰질량과 특정기체상수는 다음과 같다.

일반기체 상수를 Rideal, 특정 기체상수를 Rspecific 라고 하면 이상기체 상태방정식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.​

여기서, M : 몰(mol) 질량, m : 기체의 질량

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특정기체상수를 이용한 이상기체상태방정식도 일반적으로 PV = mRT 등으로 나타내는데,

이 때 기체상수 R은 특정기체상수임을 주의해야 한다.

​

3. 비열과의 관계

​

어떤 기체가 열을 받으면 이 기체는 온도가 상승함과 동시에 부피가 증가하게 되는데

이 때 '온도 상승'과 '부피의 팽창' 비율은 특정 기체 상수에 따라 정해진다.

어떤 기체가 동일한 '정적 비열'을 가진다고 가정한다면 '특정 기체 상수'가 높으면 이 기체가 열을 받았을 때 외부로 더 많은 일을 하게 된다(온도 변화 대비)고 한다.

특정 기체 상수는 기체의 몰질량이 작을 수록 (다시 말하면 기체가 가별울 수록) 커지므로

'열을 받은 기체의 몰질량'이 작을 수록 외부로 더 많은 일을 한다(단, 비교하는 기체들이 동일한 정적 비열을 가진다는 가정에서)는 의미가 된다.

여기서, P · △V : 열을 받은 기체가 외부에 한 일

             R' : 특정기체 상수, M : 기체의 몰질량

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#기체상수 #일반기체상수 #특정기체상수 #몰질량 #이상기체 #상태방정식 #비열 #온도

Determining the density and molar mass of gas from the ideal gas law.

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이상기체 방정식을 변형해서 기체의 밀도를 구하는 식을 유도해 보자.

여기서, P : 압력 (절대압력)

             M : 기체의 분자량

             ρ : 기체의 밀도

             R : 기체 상수

              T : 온도 (절대온도)

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유도과정에 앞서 이상 기체 방정식은 다음과 같다.

여기서, 기체의 몰수 n 은 (기체의 질량 / 분자량) 으로 바꾸어 쓸 수 있다.

기체의 몰수 n은 다음 식으로 나타낼 수 있다.

위 식을 이상기체상태방정식에 대입하면 다음과 같다.​

이 때 밀도는 질량 / 부피 이므로 ρ = W/V 를 위 식에 대입하면 다음 식이 된다.​

다시 분자량을 좌변으로 옮기면 우리가 원하는 식이 유도된다.

1. 밀도 (Density)

​

밀도는 단위 부피에 대한 질량으로 나타내며 어느 공간에 어떤 물질이 얼마나 빼곡히 존재하는지를 나타내는 지수이다.​

2. 기체의 밀도와 몰질량

​

이상 기체 상태방정식은 다음 식과 같다.

여기서, P : 압력 (절대 압력)

             V : 기체의 부피

              n : 기체의 몰수

              R : 기체상수

              T : 온도 (절대온도)

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위 식은 다음과 같이 고쳐 쓸 수 있다.​​

그런데 기체의 몰수 n은 다음과 같이 쓸 수 있다.​

여기서, n : 기체의 몰 수

             W : 기체의 질량, M : 기체의 분자량 (= 몰질량)

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위 식의 양변에 몰질량 [g/mol], M을 곱하면​

따라서​

이를 차원으로 나타내 보면 다음과 같다.​​

따라서 기체의 밀도를 알면 다음 식으로 부터 기체의 몰 질량을 알 수 있다.​​

#몰질량 #몰수 #mol #질량 #부피 #이상기체상태방정식 #기체상수 #절대온도

#절대압력 #대기압 #밀도 #질량

[수은 기압계의 원리]

수은 기압계는 이탈리아 토리체리(Toricelli)의 실험을 응용하여 프랑스의 기계엔지니어인

포르탕(Fortin)이 개발했다. 기압계에 사용할 유체는 어느 것이든 관계업지만 다른 유체들

은 밀도가 낮아 유체 기둥의 높이가 상대적으로 높아 질 수 있어 보통 수은을 사용한다.

그 원리는 수은이 가득 찬 유리관을 수은조에 수직으로 담궜을 때, 유리관내 수은의 높이로

대기압의 압력을 계산해 내는 것이다.

위 그림에서 상부는 막혀 있으므로 수은의 무게와 수은 증기의 압력의 합이 수은조에 작용

하는 대기압과 평형을 이루게 된다.

이를 정리하면 다음 식과 같게 된다.

여기서 P : 압력, g : 중력가속도, h : 높이

위 식에서 수은 증기의 압력은 매우 미세하므로 이를 무시하게 되면

대기압은 수은 기둥의 높만의 함수가 된다.

예제) 어떤 산의 정상에서 수은 기압계로 압력을 측정하였더니 수은 기둥의 높이가 70[㎝]

로 측정되었다면 그 산 정상의 대기압은 얼마인가 ? 수은의 질량은 13,500[kg/㎥],

중력가속도는 9.81 [m/s2]이라고 한다.

2. 기체의 법칙

가. 기체의 법칙 전제

  ▣ 온도(T), 압력(P),부피(V), 몰수(n) 이 4개 변수들 중 3개를 알면 나머지 4번째 변수를

       계산 가능 ⇒ 이러한 변수들 간의 관계 : "기체 변수"

나. 보일(Boyle)의 법칙 : 압력 - 부피 관계

  ▣ 일정한 온도에서 고정된 기체의 압력은 기체의 부피에 반비례

  ▣ 보일의 법칙은 일정한 온도에서 부피는 압력에 반비례한다.

  ▣ 온도와 기체의 입자수가 변하지 않으면 압력(P)와 부피(V)의 곱은 일정하다.

      즉 P1 · V1 = P2 · V2 = Pn · Vn

예제) 수면에 있는 잠수부의 폐에는 5.75 [ℓ]의 공기가 차 있다. 그가 물속으로 들어 가

    1.89[atm]이 되는 곳에 도달했을 때, 폐에서 공기가 차지하는 부피를 구하시오.

    (온도는 일정하고 수면에서의 압력은 정확하게 1[atm]이라고 가정한다.

    P1 · V1 = P2 · V2 5.75 × 1[atm] = x × 1.89 [atm]

    x = 5.75 ÷ 1.89 = 3.04 [ℓ]

다. 샤를(Charles)의 법칙 : 온도 - 부피 관계

  ▣ 일정 압력에서 기체의 부피는 절대온도에 비례

  ▣ 온도에 따른 기체 시료의 부피 의존도 : V ∝ T (K)

라. 아보가드로 (Avogadro)의 법칙 : 몰수 - 부피관계

3. 이상 기체 방정식

가. 실험적인 기체 법칙들에서 이상 기체 방정식 유도하기

  ▣ 보일(Boyle)의 법칙은 기체의 부피는 압력에 반비례한다.

  ▣ 샤를(Charles)의 법칙은 기체의 부피는 절대온도(K)에 비례한다.

  ▣ 아보가드로(Avogadro)의 법칙은 기체의 부피는 그 기체의 몰 수에 비례한다.

       이들 3개식을 합했더니 다음과 같은 식이 된다.

  ※ 일은 힘과 이동거리의 곱으로 표시한다. 압력은 단위 면적에 가해지는 힘의 크기이다.

      따라서 일은 힘과 면적 그리고 이동거리의 곱으로 나타낼 수 있다.

     여기서 면적과 이동거리의 곱은 부피의 변화로 나타 낼 수 있으므로

     결국 일은 압력과 부피의 변화의 곱으로 나타낼 수 있다.

​

예제) 25[℃], 1[atm]에서 이상기체 1몰의 부피를 구하시오.

   각 변수값을 적용하여 다음과 같이 구할 수 있다.

나. 이상 기체 방정식 응용

  이를 다음 방법으로 산정할 수 있다.

 예제) 자동차의 에어백은 충격이 가해지면 소듐 아자이드(NaN3)가 순간적으로 분해되어

       급격히 팽창하는 다음 반응을 이용한 기술이다.

       2NaN3 (s)   →   2 Na (s)   +   2 N2 (g)

      만약 운전자 쪽 에어백에 60[g]의 NaN3가 들어 있다면 35[℃], 1.00[atm]에서 사고가

      났을 때 생성되는 N2 기체의 부피를 구하시오.

   위 식에서 Na 고체 2 [mol]이 있을 때 질소 기체 3 [mol]이 발생한다.

5. 몰분율

가. 혼합물 성분의 몰분율 (mole fraction, xi)

  ▣ 혼합물의 전체 몰수로 나눈 성분의 몰 수

② 이 식에서 전체 몰수 6.029에서 질소의 몰수 6.022를 빼면 일산화 질소의 몰수는

      0.007[mol]이 된다. 이 몰수를 전체 전체 몰수로 나누어 몰분율을 구한다.

    기체의 운동에너지는 질량과 속도로 나타낼 수 있고 절대온도의 개념으로 나타낼 수 있다.

[그레이엄의 확산 법칙]

  ▣ 운동에너지는 운동과 관련된 에너지

  ▣ 기체 입자의 평균 운동 에너지는 시료의 절대 온도에 비례한다.

▣ 위 그림과 같이 기체 A와 기체 B가 있다고 하자.

    똑같은 통에 기체 A, 기체 B가 들어 있다고 하고 온도도 동일하다고 하면 A,B의 운동에너지는 다음과 같이 쓸 수 있다.

    ⊙ 평균적으로 He 원자는 같은 온도에서 CO2 분자보다 3.316배 더 빠르게 움직인다.

    위의 내용은 원자의 질량비를 나타낸 것이다.

    그런데 원자량은 그 원자의 구성비를 나타 내므로

    탄소의 원자량은 다음과 같이 구할 수 있다.

  ▣ 모든 원자의 질량은 탄소를 기준으로 하고 탄소중에서 원자번호 12를 기준으로 한다.

​

다. 중요한 원소들의 원자량

2. 몰 (mole)

가. 새로운 단위의 필요성

  ▣ 원자는 눈에 보이지도 않을 정도로 작아서 원자 종류에 따른 질량을 다루기가

      힘들어 별도의 단위 설정이 필요하다.

  ▣ 화학에서 가장 많이 사용하는 단위가 몰(mole)이다.

      원자의 질량 단위 몰(mole)은 화학자 아보가드로가 설정했다.

​

나. 몰(mole)의 정의

  ※ 보통 우리가 살고 있는 상온(25[℃]), 1기압에서 원자 1[mol]이면 부피가

      어느 정도 되냐면 기체 분자로 보았을 때 농구공 3개 크기 정도로 보면 된다.

  ※ 왜 1[mol]의 숫자 6.02 × 1023 숫자는 어떻게 나왔을까 ?

​

다. 몰(mole)의 의미

  ※ 신기하게도 탄소원자 12 [g]을 측정하면 탄소원자 6.022 × 1023 개가 나온다.

      따라서 원자를 그램[g] 단위로 측정할 수 있게 되었다.

      즉, 화학에서 원자를 [g] 수를 알면 그 속에 들어 있는 원자 개수를 알게 되었다.

​

3. 몰 질량 (molar mass)

  예제1) 57.8 [g] 황의 몰수를 계산하시오. (황의 몰질량 32.07[g/mol])

            ⊙ 57.8 [g] ÷ 32.07 [g/mol] = 1.08 [moles]

  예제2) 16.2 [g] 질량의 알루미늄 캔 속에 들어 있는 알루미늄 원자 개수를 구하시오.

    (알루미늄의 몰질량 26.98 [g/mol])

    16.2 [g] ÷ 26.98 [g/mol] × 6.02 × 1023 [개]

   [몰질량은 분자량에도 해당된다]

  ▣ Nacl 의 경우에는 Na+ 하나에 Cl- 하나가 연속하여 결합을 하는데 이런 경우 각각의

       알갱이를 구분할 수가 없다. 이런 화합물을 이온 결합 물질이라고 한다.

예제 4) 1.7 [mol] CaCO3 속에 있는 O의 몰수를 결정하시오.

        1.7 × 3 = 5.1 [mol, O]

4. 화학반응의 양적관계 (화학양론, Stoichiometry)

가. 화학 반응이란 ?

   ▣ 화학반응이란 물질이 다른 물질과의 상호 작용을 반응이라 하는데 이 반응을 통해

      화학적 성질이 다른 새로운 물질이 만들어 진다.

   ▣ 이 화학반응 전과 후에 존재하는 원자의 종류의 변화는 없다. 원자들이 재배열하여

       새로운 물질이 되지만 원자가 생성하거나 파괴되지 않는다.

    ※ 원자가 생성되거나 파괴되는 반응은 화학반응이라 부르지 않고 핵반응이라 부른다.

   ▣ 물질의 반응물과 생성물의 관계

나. 화학반응의 표기

   ▣ 위 반응식은 염산에서 나오는 기체 염화수소가 만나서 염화 암모늄이 되는 반응식이다.

   ▣ 화학에서 화살표는 반응이 진행된다는 것을 의미한다.

   ▣ 항상 반응물은 왼쪽에 , 생성물은 오른쪽에 쓴다.

   ▣ 반응물과 생성물은 화학식으로 표기를 하고 기체, 액체, 고체 등 상태를 함께 표시한다.

   ▣ 반응식 화살표 위의 △는 가열을 하여 반응하도록 하는 것을 의미한다.

​

다. 화학양론

  [풀이]

  [응용] 만약 N2 3[mol]과 과량의 H2가 있다면 NH3 분자 몇 [mol]이 생성될까 ?

  <풀이> N2 가 3몰이 있는데 암모니아 분자에는 원자 N으로 존재하므로

              N은 2 × 3 = 6 몰 만큼 반응하게 된다. (H2는 무한대 있으므로)

              따라서 NH3는 6몰이 생긴다.

​

5. 화학반응식 완결

   ▣ 휴대용 가스레인지에 사용되는 부테인(부탄)가스의 연소 반응을 완결하시오.

   ▣ 메테인(CH4)의 연소반응은 다음과 같다.

   [풀이]

   [예제] 뷰티르산(C4H8O2)은 유지방에서 발견되는 화합물중 하나이다. 1869년에 썩은

           냄새가 나는 버터에서 처음 분리되었으며 잠재적인 항암제로 최근 많은 관심을 받았다.

           뷰티르산이 체내에서 대사될 때의 균형 잡힌 반응식을 쓰시오.

           (대사 반응은 연소와 전체 과정이 동일하며, 산소와 반응하여 이산화탄소와 물이 생성

             되는 반응이다)

                     C4 H8 O2 + O2 ⇒ CO2 + H2O

                                            4 C 1

                                            8 H 2

                                            4 O 3

                     C4 H8 O2 (g) + 5 O2 (g) ⇒ 4 CO2 (g) + 4 H2O (g)

                                                         4 C 4

                                                         8 H 8

                                                       12 O 12

6. 한계반응물

   [풀이]