일반화학 ; 기체의 법칙

소개글

일반화학 ; 기체의 법칙에 대한 보고서 자료입니다.

목차

서론 1Page

본론 2~17Page

Boyle의 법칙 2~5Page
Charles과 Gay-Lussac의 법칙 6~12Page
Avogadro의 법칙 12~13Page
Combined gas law 13Page
몰부피 14Page
이상 기체의 법칙 14~16Page
Dalton의 부분 압력 법칙 16~17Page

결론 18Page

참고문헌 19Page

본문내용

과 같다.
여기에 비례상수를 도입하여 등식이 성립하도록 할 수 있다. 이 경우에 사용하는 상수는 R이고, 기체상수(gas constant)라 한다. 관례에 따라 R은 n과 T 사이에 놓는다.
이 관계식이 이상기체법칙(idea gas law)으로 알려진 식이다. Graham의 법칙을 제외한 모든 기체법칙은 위의 식으로부터 유도될 수 있다. 예를 들어 일정량의 기체가 일정한 온도 하에서 압력이 변화한다고 생각할 때 변화 이전에는(상태 1) 이고 변화 후에는(상태 2) 가 된다. 이 두 식을 R에 대한 식으로 고치면
이 얻어지며 이 식에서 몰수와 온도의 변화가 없는 조건에서는 다음과 같이 Boyle의 법칙이 얻어진다.
같은 방법으로 Charles의 법칙, Gay-Lussac의 법칙, 그리고 연합 기체 법칙도 유도할 수 있다. 그러나 이상기체법칙이 가장 유용하게 사용되는 점은 3가지 다른 모든 조건이 주어졌을 때 나머지 한 조건을 계산할 수 있다는 것이다. 이 계산에는 다음의 기체상수 R값을 알고 있어야 하며,
R의 단위는 P, V, T의 단위에 따라 결정된다.
이 법칙은 이상기체에서 기술한 운동론의 몇 가지 가정에 따르기 때문에 이를 이상기체법칙이라 한다. 이상기체분자는 체적과 그들 간의 상호작용을 무시한다. 그러나 실제기체분자는 분명히 왜적을 가지며, 분자 사이의 상호작용도 약간 있다. 특히 높은 압력(분자가 좀 더 가까이 밀집된 상태)과 낮은 온도(분자가 느리게 움직이는 상태)에서는 무시할 수 없다. 다행히 지구표면상의 정상온도와 압력에서 기체는 거의 이상적인 조건에 가깝다. 그래서 이상기체법칙의 사용은 무리는 아니다. 반대로 목성의 대기는 아주 높은 압력 하에 차가운 기체로 되어 있다. 이러한 조건에서 이상기체법칙은 각 변수에 대하여 만족할 만한 값을 주지 못한다. 더 복잡한 다른 식, 즉 분자의 체적과 분자 사이의 상호작용을 고려한 식을 사용하여야 한다.
Dalton의 부분 압력 법칙
우리 주위 대기는 기체 혼합물이다. 대기의 78%는 이고, 21%는 그리고 은 1%보다 약간 더 적다. 이것은 21%의 분자 수, 21%의 체적 그리고 21%의 압력이 산소에 의한 것이라는 의미이다. 단지 질량만이 21%를 나타내지 않는데 이것은 분자량이 다르기 때문이다. 체적과 같이 압력도 기체의 성질에 무관하다는 사실은 현대 원자론의 창시자인 J. Dalton에 의하여 처음 입증되었다. 이에 대한 새로운 기체법칙인 Dalton의 법칙은 어떤 계에서 기체의 총 압력은 혼합기체 각 성분의 부분압력의 합과 같다는 것을 의미한다. 수학적으로는 다음과 같이 나타낸다.
(은 기체 1에 의한 압력)
Dalton의 법칙을 대기조성에 응용할 수 있다. 대기분자 중에 21%는 이므로, 대기의 부피와 압력의 21%는 에 기인한다. 그러므로 해면에서 의 부분압력()은
우리들 대부분은 호흡하는 데 의 이런 부분압력에 잘 적응하고 있다. 좀 더 높은 곳에서 산다면, 산소의 부분압력이 낮아지므로 우리들의 인체도 이에 따라 조정되어야 한다. 가장 높은 Everest산의 꼭대기에서 대기압은 270 torr이므로 의 부분압력은 57 torr로 정상대기에 비하여 1/3수준이다. 인간은 이런 낮은 에서 오랫동안 생존할 수 없다. 이런 높은 곳은 아무리 훌륭한 등반가라도 산소통과 마스크를 사용하여야 한다. 이런 장비는 산소의 높은 부분압력으로 폐에 산소를 적절히 공급한다.
전체압력의 개념은 이상기체법칙에 확장시킬 수 있다. 예를 들면 한 용기 안의 세 기체(1, 2, 3) 혼합물에서
주어진 온도에서 기체의 체적과 압력은 존재하는 기체의 총 몰수에만 의존한다는 것을 알 수 있다. 이것이 그림 9-10에 잘 설명되어 있다.
어떤 주어진 온도에서 질정 부피의 기체 혼합물이 있다고 가정하자. 각 기체는 압력을 나타내며, 이 압력을 그 기체의 분압이라고 한다. 낮은 압력에서 각 기체는 독립적으로 이상기체 법칙에 따른다. 따라서
돌턴의 법칙은 측정된 총압은 각 기체들의 분압의 합이라고 정한다.
여기에서 n이란 기체 혼합물의 전체 몰수로 정의된다. 이 법칙은 존 돌턴에 의해 발견되었는데 이상기체 법칙과 같은 조건하에서 적용된다. 이것은 보통 압력에서는 근사적이나 압력이 낮아질수록 점점 더 정확하게 접근한다.
기체 혼합물의 성분 A에 대하여
이고 총압은 다음과 같다.
첫 번째 식을 두 번째 식으로 나누면 다음으로 표현된다.
우리가 A 몰수를 전체 몰수로 나눈 다음을
혼합물에서의 A의 몰분율로 정의한다. 따라서
이상기체 혼합물에서 어느 성분의 분압은 총압에 그 성분기체의 몰분율을 곱한 값이다.
일정한 온도에서 기체의 부피는 기체에 작용하는 압력에 반비례한다는 Boyle의 법칙()과 일정한 압력에서 일정량의 기체 부피는 기체의 절대 온도에 비례한다는 Charles과 Gay-Lussac의 법칙()이 있다. 또한 일정한 압력과 온도에서 기체의 부피는 존재하는 기체의 몰수에 비례한다는 Avogadro의 법칙()이 있다. Combined gas law는 압력과 부피와 온도의 관계를 나타낸 것으로 Boyle의 법칙과 Charles의 법칙을 결합한 식과 같다. 몰부피는 STP에서 몰이 차지하는 부피로 분자량을 밀도로 나눈 것과 같다. 이상기체의 법칙은 Boyle과 Charles, Avogadro의 법칙을 합친 것으로 로 나타낼 수 있다. Dalton의 부분 압력 법칙은 혼합 기체의 전체 압력은 각각의 기체가 홀로 존재할 때 나타내는 압력의 합과 같다는 법칙이다.
기체의 여러 법칙을 알아본 결과 우리 주변에 항상 있는 공기에 대해 소중함을 느꼈다. 그리고 항상 곁에 있는 공기를 기체라는 물질의 상태로 그 특성을 파악할 수 있었다. 여러 법칙들 중에서도 Boyle의 법칙과 Charles의 법칙이 실생활과 가장 밀접한 것 같다.
참고문헌
1. D.W.Oxtoby, 현대일반화학, 자유아카데미, 1994(2판)
2. L.J.Malone, 화학의 기본개념, 자유아카데미, 1999(5판)
3. Peter Atkins · Loretta Jones, 화학의 원리, 대학화학교재편찬회, 탐구당, 2006(3판)
4. 이안구츠, 쉬운 화학, 교문사, 2007

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