화학 II(2)

새창으로 열기 - [목차] 화학 II - 고등학생을 위한 과학

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 우리가 사는 물질은 일반적으로 고체, 액체, 기체 세 가지 상태 중 하나로 존재한다. 이들 물질에는 부피가 존재하게 되며, 또 물질이 담긴 용기는 물질에 의하여 압력을 받게 된다. 본문에서는 기체의 압력과 부피에 대해 알아볼 것이다.

기체의 부피

 기체의 부피란 기체 분자들이 운동하는 공간을 의미한다. 기체는 그 담겨있는 용기 전체로 퍼지는 성질이 있으므로 기체의 부피는 항상 기체가 담겨있는 용기의 부피와 같다. 물론 동일한 용기에 기체의 종류가 둘 이상 담겨있는 경우에도 각 기체의 부피는 용기의 부피와 같다.

가체의 부피는 그 담겨있는 용기의 크기에 의하여 결정된다.

기체의 압력

 기체 분자들은 자유롭게 운동하면서 기체가 담긴 용기의 벽에 충돌하여 힘을 가하게 된다. 이로 인해 기체의 압력이 나타난다. 이러한 기체의 압력을 측정하는 방법은 여러 가지가 있는데, 토리첼리는 수은을 채운 유리관을 이용하여 대기의 압력을 측정하였다.

토리첼리의 기압 측정. 기압은 변하지 않았으며, 수은주에 의한 압력이 감소하면서 두 힘 간의 평형을 이뤄 기압을 측정한다.

 그림과 같이 유리관에 수은 완전히 채우고, 수은을 담은 통에 뒤집어서 살짝 잠기도록 세우면 유리관에 들어있는 수은 기둥의 높이가 감소하면서 수은이 담긴 통의 면부터 수은 기둥까지의 높이가 약 760mm가 된다.^[각주:1] 이 높이를 수은 기둥으로 잰 높이라 하여 760mmHg라 하고, 이를 기체 압력의 측정 단위로 사용한다. 수은 기둥의 높이가 감소하다가 어느 정도의 높이에서 멈추는 이유는 간단하다. 그림에서 볼 수 있듯이 유리관 밖의 기체 분자들은 바닥에 깔려있는 수은 표면을 때린다. 이는 유리관이 있어 외부와 접하지 않는 표면을 제외한 수은 표면 전반에서 일어나게 되는데, 그로 인해 수은 기둥이 있는 부분에 힘이 가해지게 되고 결국 유리관 내부에 수은 기둥을 형성하도록 해준다. 다만 중력의 영향으로 수은 기둥을 이루는 수은 분자들 또한 아래로 압력을 주게 되고^[각주:2], 이 두 힘이 평형을 이룰 때 생기는 수은 기둥의 높이가 곧 대기압의 압력이라고 볼 수 있는 것이다.

 mmHg 말고도 기체 압력의 또 다른 측정 단위로 atm^[각주:3], Pa^[각주:4], Torr^[각주:5] 등 다양한 단위가 있는데, 그 중 atm에 대해서만 알아보자. atm은 해수면에서 측정한 대기의 압력을 1atm으로 정하는 단위로, 주로 "1에이티엠", "1기압", "1대기압"이라고 읽는다. 앞서 760mmHg가 해수면에서 측정한 수은 기둥의 높이였고, 1atm 또한 해수면에서 측정한 단위이므로 1atm=760mmHg라고 할 수 있다. 이는 단위 환산에서 유용하게 쓰인다.

 

 

 

우리가 인지해야 할 것은 사물을 생각하는 마음의 법칙이 아니라, 사물을 실제로 지배하는 자연의 법칙이다.

-존 벤

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1. 물론 이는 측정장소가 해수면에 가까운 경우로 한정한다. [본문으로]
2. 수압을 생각하면 이해하기 편할 것이다. [본문으로]
3. 기압 [본문으로]
4. 파스칼 [본문으로]
5. 토르 [본문으로]