기체의 부피·온도·압력 — 보일·샤를·게이뤼삭

한계 반응물과 수율까지 배우면 반응의 양이 꽤 손에 잡힙니다. 그런데 기체는 저울뿐 아니라 부피, 압력, 온도까지 함께 움직입니다.

오늘의 한 문장

기체의 양이 일정할 때 보일의 법칙은 PV = 일정, 샤를의 법칙은 V/T = 일정, 게이뤼삭의 법칙은 P/T = 일정입니다.

온도 T는 반드시 K, 곧 절대온도로 넣어야 합니다.

기체는 담는 공간을 채우고, 벽을 밀며, 온도에 따라 운동이 달라집니다. 그래서 압력 P, 부피 V, 온도 T가 함께 등장합니다.

오늘의 세 법칙은 모두 기체의 양이 일정하다는 조건에서 봅니다. 풍선에서 공기가 새거나 더 들어오면 다른 식이 필요합니다.

PV·V/T·P/T 일정 관계와 켈빈을 써야 하는 이유를 정리한 기체 법칙 다이어그램

온도가 일정하고 기체의 양도 일정하면 압력과 부피는 반대로 움직입니다.

압력이 2배가 되면 부피는 1/2이 됩니다. 이 관계를 P1V1 = P2V2로 씁니다.

P1V1 = P2V2
온도와 기체의 양 일정

압력이 일정하면 온도가 올라갈수록 부피가 커집니다. 이것이 샤를의 법칙입니다.

부피가 일정한 단단한 용기에서는 온도가 올라갈수록 압력이 커집니다. 이것이 게이뤼삭의 법칙입니다.

두 식 모두 온도는 K로 써야 직선 관계가 제대로 보입니다.

샤를: V1/T1 = V2/T2
게이뤼삭: P1/T1 = P2/T2

조건에 맞는 기체 법칙을 고르고 섭씨를 켈빈으로 바꾸는 과정 개념도

섭씨 0도는 물이 어는 자리이지, 기체 운동이 0이 되는 자리가 아닙니다. 기체 법칙의 온도에는 절대온도 K를 씁니다.

세 변수가 모두 바뀔 때는 결합 기체 법칙을 씁니다. 같은 양의 기체라면 PV/T가 일정합니다.

계산 전에 섭씨를 K로 바꾸는 손버릇이 이 단원의 절반입니다.

K = °C + 273
P1V1/T1 = P2V2/T2

다음 시간에는 오늘의 세 법칙과 몰 수를 한 식으로 묶습니다. 그 식이 바로 PV=nRT입니다.

함정	헷갈리는 생각	바로잡기
섭씨 사용	0°C를 식에 넣어 부피가 0이 된다고 계산한다	기체 법칙의 T는 K입니다. 0°C는 273 K입니다.
조건 누락	보일·샤를·게이뤼삭을 아무 상황에나 쓴다	각 법칙은 하나의 변수를 일정하게 둔 조건에서 성립합니다.
기체의 양	풍선에 공기가 새도 같은 식을 쓴다	세 법칙은 기체의 양이 일정하다는 조건 위에 있습니다.
그래프 모양	P-V 그래프도 직선이라고 생각한다	P와 V는 반비례라 곡선입니다. V-T, P-T는 K 기준 직선입니다.