화학Ⅱ›물질의 상태와 용액

기체의 성질

Gas Laws

직관 도입 — 기체 분자는 어떻게 행동하는가?

💡 비유: 탁구공이 가득한 방

①기체 분자 = 사방으로 날아다니는 탁구공

②온도↑ → 탁구공이 더 빨리 날아감 → 벽에 더 세게 부딪힘

③압력 = 탁구공이 벽에 부딪히는 힘의 합

④방(부피)이 좁아지면 → 같은 시간에 더 자주 부딪힘 → 압력↑

⑤탁구공 수(mol)가 많아져도 → 부딪히는 빈도↑ → 압력↑

이상 기체 법칙 시각화

압력 P1 atm

온도 T27 °C

이상 기체 방정식

PV = nRT

P: 압력 [atm], V: 부피 [L], n: 몰 수, R = 0.0821, T: 절대온도 [K]

🔍 두 슬라이더를 조작해보라!

①P↑ → V↓ (보일 법칙: T 일정 시 PV = 일정)

②T↑ → V↑ (샤를 법칙: P 일정 시 V/T = 일정)

③PV 그래프에서 등온선은 반비례 곡선

④빨간 점이 현재 상태를 나타낸다

세 법칙의 통합 → 이상 기체 방정식

보일 법칙

P₁V₁ = P₂V₂ (T, n 일정)

온도 고정 → 압력과 부피는 반비례

샤를 법칙

V₁T₁ = V₂T₂ (P, n 일정)

압력 고정 → 부피와 절대온도는 비례

아보가드로 법칙

V₁n₁ = V₂n₂ (P, T 일정)

같은 조건에서 같은 부피의 기체는 같은 수의 분자

💡 왜 이 세 법칙이 하나로 합쳐지는가?

①보일: P와 V는 반비례 (풍선을 누르면 줄어든다)

②샤를: V와 T는 비례 (열기구를 데우면 부풀어 오른다)

③아보가드로: V와 n은 비례 (풍선에 공기를 더 불면 커진다)

④세 관계를 합치면 → PV = nRT (이상기체 방정식)

⑤T는 반드시 절대온도(K) 사용: K = °C + 273

혼합 기체와 분압

돌턴의 분압 법칙

P_total = P₁ + P₂ + P₃ + ⋯

각 기체가 독립적으로 기여하는 압력의 합

몰분율과 분압

P_i = x_i × P_total = n_in_total × P_total

몰분율 × 전체 압력 = 해당 기체의 분압

💡 실제 기체는 왜 다른가?

①'이상 기체' = 분자 간 상호작용 없음 + 분자 자체 부피 무시

②높은 P, 낮은 T에서 실제 기체는 이상 기체와 차이

③이유: 분자 간 인력이 작용하고, 분자 자체 부피가 무시 불가

④STP(0°C, 1atm)에서 1 mol 이상 기체 = 22.4 L

총정리

이상 기체 방정식

PV = nRT

R = 0.0821 L·atm/(mol·K) = 8.314 J/(mol·K)

🎯 시험 포인트

①PV = nRT — 가장 중요한 공식 (R값 두 가지 암기)

②보일: PV = 일정, 샤를: V/T = 일정

③T는 반드시 절대온도(K) 사용: K = °C + 273

④돌턴의 분압 법칙: P_total = P₁ + P₂ + ...

⑤STP(0°C, 1atm)에서 1 mol 기체 = 22.4 L