이상 기체 법칙

가스는 단순히 유체이고 사용 가능한 공간을 차지하기 위해 자유롭게 팽창하는 분산된 물질 샘플입니다. 그러나 특정 수의 기체 분자는 정의된 온도와 압력에서 특정 부피를 차지합니다. 이러한 매개변수에서 기체의 거동은 범용 기체 상수 R을 사용하여 이러한 모든 변수를 관련시키는 이상 기체 법칙을 사용하여 설명할 수 있습니다.

범용 기체 상수는 몰 켈빈당 8.314줄과 같습니다. 이 방정식을 통해 기체 시스템의 상태 관계를 이해할 수 있습니다. 예를 들어, 온도와 압력이 일정한 시스템에서 우리는 더 많은 몰의 가스를 추가하면 부피가 증가한다는 것을 알고 있습니다. 마찬가지로, 우리는 일정한 온도와 몰 시스템을 보고 부피의 감소가 압력의 증가로 이어진다는 것을 볼 수 있습니다.

한 가지 문제는 이상 기체 법칙이 기체가 이상적으로 행동하는 것을 설명한다는 것입니다. 그렇다면 이 말은 무슨 뜻일까요? 이상적인 행동은 첫째, 분자 자체가 무한히 작고 본질적으로 부피가 없으며 분자 사이의 거리가 개별 분자의 크기보다 훨씬 크다고 가정합니다.

둘째, 분자가 끊임없이 움직인다고 가정합니다. 분자 사이에서 발생하는 모든 충돌은 탄력적이며 마찰이 없어 분자가 에너지를 잃지 않습니다. 마지막으로, 우리는 분자와 그 주변 환경 사이에 작용하는 분자간 힘이 없다고 가정합니다.

불행히도 대부분의 가스는 이상적으로 작용하지 않습니다. 매우 낮은 온도 또는 높은 압력에서는 분자가 서로 매우 가깝고 느리게 움직이기 때문에 분자 간 상호 작용이 중요합니다. 마찬가지로, 고분자량을 가진 가스는 크기와 질량이 크기 때문에 상호 작용이 증가했습니다. 그러나 이상 기체 관계는 일반적으로 좋은 근사치로 작용합니다.

그렇다면 이상 기체 법칙을 사용하여 실험실에서 기체의 거동을 연구하는 방법은 무엇입니까? 압력, 부피 및 온도는 일반적으로 더 쉽게 측정할 수 있지만 몰, 더 나아가 질량은 어떻습니까?

기체의 질량을 측정하는 가장 간단한 방법 중 하나는 Dumas 방법을 사용하는 것입니다. 이 테스트를 수행하기 위해 액상의 소량의 휘발성 화합물을 Dumas 튜브 내부에 넣은 다음 튜브를 끓는 물에 넣습니다.

휘발성 화합물은 실온에서 높은 증기압을 갖습니다. 증기압은 증기가 액상과 평형을 이루는 압력입니다. 따라서 증기압이 높은 휘발성 화합물은 액체에서 기체로 빠르게 전환됩니다.

이런 일이 발생하면 새로 형성된 가스는 Dumas 튜브에서 공기를 밀어내어 가스로만