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부피 - 양 관계: 아보가드로 법칙

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by 찐언니야 2021. 12. 18. 07:23

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이탈리아의 과학자 아보가드로(Amedeo Avogadro)의 업적은 보일, 샤를, 게이 뤼삭의 연구를 보완한 것이다.

1811년에 그는 같은 온도와 같은 압력에서 같은 부피를 갖는 기체들은 (기체의 종류에 상관없이) 같은 분자수(단원자 기체이면 원자수)를 갖는다는 가설을 발표하였다.

그의 가설에 따르면 기체의 부피는 존재하는 분자의 몰수에 비례한다.

즉, 다음과 같이 수학적인 표현으로 나타낼 수 있다.


여기서 n은 분자의 몰수를 나타내며 k 는 비례 상수이다. 

식 (5.7)은 일정 압력과 일정 온도에서 기체의 부피는 존재하는 기체의 몰수에 정비례한다는 아보가드로 법칙(Avogadro's law) 에 대한 수학적 표현이다.

그림 5.5에 나타낸 것과 같이 k4 = RTIP이다.


아보가드로 법칙에 의하면 두 기체가 서로 반응할 때에 그들이 반응하는 부피는 서로 간단한 비를 갖는다는 것을 알 수 있다.

생성물이 기체이면 생성물의 부피와 반응물의 부피 사이에는 간단한 비가 성립된다.

(일찍이 게이 뤼삭에 의해 증명된 사실: 부피 결합 법칙)

예를 들어, 수소 분자와 질소 분자로부터 암모니아가 합성되는 과정을 살펴보자.


같은 온도, 같은 압력에서 기체의 부피는 존재하는 기체들의 몰수에 정비례하므로 다음과 같이 나타낼 수 있다.


수소 분자와 질소 분자의 부피비는 3:1이고, 암모니아(생성물)와 수소 분자 및 질소 분자의 합(반응물)의 부피비는 2:4, 즉 1:2이다(그림 5.9).

그림5.9 화학 반응에서 기체의 부피 관계.

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