【물리화학1】 1-1 완전 기체

 
완전 기체와 이상 기체는 엄연히 다름
하지만 완전 기체와 관련된 식들은 열역학의 많은 식들을 유도하는 기초가 됨
 

1. 상태 변수

 
한 물질의 물리적 상태는 그들의 상태변수에 의해 결정되는데, 계의 상태를 나타내는 데 필요한 변수는 몰수n. 부피V,  온도T, 압력p 임
 

- 압력

 
기체가 힘을 나타낸 다는 것은 기체 분자가 용기의 기벽을 끊임없이 때린다는 것
압력은 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있음

p는 압력, F는 힘, A는 면적임
 

- 온도

 
섭씨 온도는 1 atm에서의 물의 어는점을 0도, 끓는점을 100도로 정한 온도 체계
절대온도(kelvin)는 온도의 SI 단위, 0 K은 절대 영도(이상 기체의 부피가 0이 되는 온도), 물질의 특이성에 의존하지 않고 눈금을 정의한 온도임
T/K=θ/°C+273.15
 
 
 

2. 상태식

 
p=f(T,V,n)
여기서 완전 기체일 경우 PV=nRT로 나타나며 R은 기체상수임
 

- 실험적 근거

 
Boyle의 법칙
pV=constatnt, 일정한 n,T에서

Charles의 법칙
V=constant×T, 일정한 n,p에서
p=constant×T, 일정한 n,V에서
 
Avogadro의 원리
V=constant×n, 일정한 p,T에서
 
다음의 실험법칙으로 pV=nRT라는 완전 기체 법칙이 나옴, R은 기체 상수

실제 기체는 압력이 낮을수록(기체간 상호작용이 거의 없어지므로) 완전기체처럼 행동함
따라서 p→0인 극한에서 pV/nT를 측정해 기체 상수 R값을 얻을 수 있음
*p가 0에 근접할때 실제기체는 이상기체 방정식을 만족함
또는 Boltzmann상수 k와의 관계식을 통해서도 R을 구할 수 있음

 
몰수 n=1로 두거나 pV=nRT에서 양변에 n을 나누면 다음과 같은 그래프를 만들어짐

 

- 기체 혼합물

 
기체 혼합물의 경우 기체 J의 부분 압력은 다음과 같음

여기서 Xj는 성분 J의 몰분율을 의미함
 
Dalton의 법칙
기체들의 혼합물이 나타내는 압력은 각 성분 기체가 단독으로 용기를 차지할 때의 압력들의 합과 같음