학문

아보가드로수와 몰(mole) 개념을 이용해 기체 부피를 계산하는 원리가 궁금해요

화학에서 입자의 수를 셀 때 쓰는 단위인 1몰이 6.02×10^23개라는 아보가드로수를 의미하는 이유가 궁금합니다. 표준 상태에서 기체 1몰이 항상 22.4L의 부피를 차지하는 기체 법칙의 배경을 알고 싶어요.

1개의 답변이 있어요!

  • 안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

    몰은 원자량 숫자를 그대로 그램 단위로 옮길 수 있게 정한 묶음이에요. 탄소-12 원자 하나의 질량을 12 u로 정했을 때, 탄소-12 12g에 들어 있는 원자 수가 약 6.02×10²³개예요. 이 수만큼 모으면 원자량 1 u가 정확히 1g이 되니, 물 분자량이 18이면 1몰은 18g이라고 바로 쓸 수 있어요. 2019년부터는 정의를 거꾸로 해서 아보가드로수를 6.02214076×10²³으로 고정했어요.

    기체는 분자 사이 거리가 상온에서 약 3nm로 분자 지름의 열 배쯤 되어, 부피 대부분이 빈 공간이에요. 같은 온도에서는 무거운 분자든 가벼운 분자든 평균 운동에너지가 같아 벽을 미는 압력이 분자 수로만 정해져요. 그래서 온도와 압력이 같으면 분자 수가 같을 때 부피도 같아요.

    이상 기체 방정식 PV=nRT에 0℃(273.15K), 1기압, 1몰을 넣으면 V가 22.4L로 나와요. 이 값은 이 조건에서만 성립하고, 25℃ 1기압에서는 24.5L가 돼요. 분자 간 인력이 있는 실제 기체도 조금씩 어긋나서 이산화탄소는 22.3L 정도예요 :)

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