몰 질량의 측정
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□ 실험목표
- 이상기체 상태방정식을 이용해서 쉽게 증발하는 기체의 몰 질량을 결정한다.
□ 원리 / 이론
원자나 분자는 매우 작은 입자이기 때문에 질량을 직접 측정하는 것은 매우 어렵다. 그래서 원자나 분자의 질량을 나타내기 위해서 상대적인 방법을 사용한다. 즉, 질량수 12인 탄소의 원자 몰 질량을 12라고 정의하고, 이 동위원소 12g에 들어있는 탄소
원자의 수를 아보가드로 수(6.022×1023)라고 하며, 아보가드로 수 만큼의 원자 또는 분자를 1몰이라고 정의한다. 따라서 분자의 몰 질량도 1몰에 해당하는 분자의 질량을 탄소 원자 1몰의 질량과 비교하여 결정한다.
분자의 몰 질량을 측정하는 방법은 여러 가지가 있다. 그 중에서도 가장 간단하게 몰 질량을 측정하는 방법은 기체의 상태방정식을 이용하는 것이다. 대부분의 기체는
상온, 상압에서 이상기체 상태방정식을 만족하기 때문에 기체의 부피, 온도, 압력과 함께 용기를 가득 채우는 데에 필요한 물질의 질량 W를 측정하면 이상기체 상태방정 식으로부터 몰 질량 M을 계산할 수 있다.
M =
WRT
pV
․ 이상기체[理想氣體, ideal gas]
완전기체라고도 하는 이상기체는 분자간의 상호작용이 전혀 없고, 그 상태를 나타내 는 양인 온도․압력․부피 사이에 보일-샤를의 법칙이 완전하게 적용될 수 있다고 가정 된 기체를 말한다. 그 기본적인 가정은 다음과 같다. ① 기체는 분자라는 입자들로 구 성되어 있다. ② 분자는 무작위적인 운동을 하며, 뉴턴의 운동법칙을 따른다. ③ 분자 의 총수는 크다. ④ 분자 자체만의 총 부피는 기체 전체가 차지하는 부피 중에서 무시 할 수 있을 만큼 작은 부분이다. ⑤ 충돌하는 시간을 제외하면, 분자에 작용하는 힘은 무시해도 좋다.⑥ 충돌은 탄성충돌이며, 충돌중 시간은 무시할 수 있다. 이런 가정을 설정하면 상태의 변화를 기술하는 것이 간단하게 되므로 열역학에서는 이러한 가상 기체를 대상으로 이상적인 고찰을 하는 경우가 많다. 현실적으로 존재하는 기체는
다소 나마 분자 사이에서 상호작용을 하므로 이 조건에 해당하지 않지만 고온․저압 상태에서는 이상기체에 가깝다고 간주할 수 있다.
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