● 기체의 법칙(Gas Laws)
기체 법칙은 기체의 열역학적 온도(T)·압력(P)·부피(V) 사이의 관계를 설명하기 위한 법칙이다. 이 셋 사이의 관계를 설명하는 법칙으로 보일의 법칙·샤를의 법칙·게이뤼삭의 법칙이 있으며, 이를 종합하면 다음과 같이 보일-샤를의 법칙이 나온다.
여기에 아보가드로의 법칙을 적용하면 이상 기체 법칙이 만들어진다.
이를 정확히 만족하는 기체를 이상 기체라고 부른다. 판데르 발스 상태방정식은 이 식을 실제 기체에 적용하기 위해 바꾼 것이다.
기체 분자 운동론과 그레이엄의 법칙은 기체의 압력·부피·온도 사이의 관계를 분자 단위로 설명한 것이다. 이밖에도 기체 분압에 관한 돌턴의 법칙이 있다.
● 기체와 관련된 경험 법칙
① 보일의 법칙
- 일정한 온도에서 기체의 부피는 압력에 반비례한다
② 샤를의 법칙
- 일정한 압력에서 기체의 부피는 절대온도에 비례한다
③ 보일-샤를의 법칙
- 기체의 부피는 압력에 반비례하고 절대온도에 비례한다
④ 아보가드로의 법칙
- 일정한 온도와 압력에서 기체의 부피는 몰수에 비례한다
- 모든 기체는 등온 · 등압일 때 같은 부피 속에 같은 수의 분자를 포함한다는 법칙
⑤ 이상기체 상태방정식
P = 기체의 압력
V = 기체의 부피
n = 기체 성분의 양
R = 기체상수, 볼츠만상수와 아보가드로 수의 곱
T = 기체의 절대온도
• 세 가지 기체 법칙 즉 기체의 부피가 압력, 온도, 몰수의 변화에 어떤 영향을 받는가를 하나의 식으로 결합시킨 식
• 이상기체 법칙을 사용하면 변수 P, V, T, n 중에서 세 가지 값을 알면 나머지 한 변수의 값을 계산할 수 있음.
• R을 기체 상수(gas constant)라고 하며, 모든 기체에 대해서 동일한 값을 가짐.
⑥ 헨리의 법칙
- 일정한 온도에서 일정량의 용매에 녹는 기체의 양은 압력에 비례한다
⑦ 그레이엄의 법칙
같은 온도 압력 , 에서 두 기체의 분출 속도는 그들 기체의 분자량의 제곱근에 반비례한다
⑧ 기타의 법칙
1) 에너지보존 법칙
- 고립계에서 에너지 형태는 벼할 수 있지만 전체 에너지의 양은 일정하다
2) 질량보존의 법칙
- 물질의 화학반응에 있어 반응물질들의 질량의 합과 생성물질들의 질량의 합은 같다
3) 베르누이의 법칙
- 이상유체의 정상 유동에서 유체가 가지는 압력에너지, 속도에너지, 위치에너지의 합은 어느 지점에서나 일정하다
4) 파스칼의 법칙
- 유체역학에서 폐관 속의 비압축성 유체의 어느 한 부분에 가해진 압력의 변화가 유체의 다른 부분에 그대로 전달된다는 원리
Q 0℃, 1 기압(atm)인 밀폐된 지하실에서 화재가 발생하였다. 화재로 인해 화재실의 온도가 400℃로 증가하였다. 화재로 인한 공기와 연기의 평균 분자량은 동일하고 모두 이상기체로 거동하게 될 때, 화재로 인한 화재실의 압력은 몇 배 증가하는 가? (소수점 둘째 자리에서 반올림한다)
【해설】 정답 2.5 배
PV = nRT
부피 일정, P ∝ T
1 : x = 273 : 673
x = 2.465 => 2.5
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