일반화학실험 - 기체상수의 결정
1. 실험 목표
이상기체 상태방정식을 이해하고 이를 이용하여 일정한 양의 산소와 이산화탄소를 발생시키는 실험을 통해서 기체 상수의 값을 결정한다.
2. 이론
1) 이상기체 상태방정식
지금까지의 교과 과정을 통해서 우리는 Boyle, Charls의 법칙을 알았다. Boyle의 법칙은 온도가 일정할 때, 압력과 부피가 반비례하는 것을 나타낸 법칙이며, Charls의 법칙은 반면에, 압력이 일정할 때의 절대온도와 부피의 관게를 기술한 법칙이다. 그리고 이 둘을 합친 Boyle - Charls 식까지 확인해 보므로써, 부피, 온도, 압력의 세가지 변인들이 기체의 상태에 어떠한 영향을 미치는지를 확인해 볼 수 있다. 그리고 아보가드로의 법칙은 또 다른 변인인, 분자량의 개념을 도입하여, 바로 이 분자량, 몰 수의 관계를 기술한 법칙이다. 지금까지 전술한 법칙들을 응용해보면, 흔히 이상기체 상태방정식이라고 불리는,
의 식을 유도할 수 있다. 여기서의 R이 바로 기체 상수이다.
그렇다면 우리가 아는 저 상태방정식과 흔히 말하는 주어진 변인들을 이용하여서, R을 유도하여 보자. 일반적인 상태에서 우리는 P = 1atm 임을 안다. 즉, 대기압 그 자체이다. n을 1몰이라고 하면, ( =273 K)에서, 기체의 부피는 1몰당, 22.4L 이다. 여기에서부터 R을 유도해보자.
이며, 앞에서 말한 변인의 값을 대입하자면
임을 알 수 있다. 기체 상수는 말 그대로 상수이므로 일정하다.
하지만 우리는 여기에서 의문점을 가질 수 밖에 없다. 물론, 이론적인 측면에서 R의 유도는 성공적이다. 하지만, 여기서 간과할 수 없는 것은, R을 유도하는데 사용한 변인들의 “값”은 각각의 실험을 통해 얻어진 것이라는 것이며, 그것을 R에 . 즉, 실제로 우리가 체감하는 R의 값은 이렇지 않을 것이다. 그렇기에 “이상기체 상태방정식” 인 것이다.
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2014.01.20
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