Ideal Gas   이상 기체

1. 이상 기체 (Ideal Gas, Perfect Gas)

  ㅇ 실제로 존재할 수 없는 가상적인 기체로써, 물리 법칙을 유도하는 바탕이 됨

  ㅇ 통상, 1 atm 이하의 기압 하에서, 대부분의 기체는 이상 기체의 거동을 따름 
     - 단, 물질이 액체나 고체 처럼 그 밀도가 크면,
        . 이상 기체라는 가정이 더이상 유효하지 않음


2. 이상 기체의 특징 (가정)

  ㅇ 분자들 사이에 상호작용이 없는 기체
     - 그 농도가 낮아 입자 서로간에 충분히 떨어져 있어 상호 작용(인력)을 하지 않는다고 봄
     - 고전 역학에서의 점 입자 처럼 각 입자들을 개별적으로 다루게 됨

  ㅇ 극히 작은 입자들의 계
     - 충돌할 때 만 힘이 작용하는 무한히 작은 강체 입자들의 집단

  ㅇ 그 계의 내부에너지는,
     - 위치에너지 없이 단지 모든 입자들의 운동에너지의 합이 됨


3. 이상 기체의 법칙                                              ☞ 이상기체 법칙 참조

  ㅇ 기체에 관한 경험 법칙들로부터 종합하여 얻어짐
     - 기체 법칙 : (보일의 법칙, 샤를의 법칙, 게이뤼삭의 법칙, 보일 샤를 법칙, 아보가드로의 법칙)

  ㅇ 즉, pV/nT 가 일정한 값 Ru(보편기체상수)을 갖는 기체로써, 다음 식을 만족 함
     - (이상기체 상태방정식)  p V = n Ru T
        . p : 압력 [Pa], V : 체적 [㎥]
        . n : 몰수 [mol], Ru : 보편기체상수 [J/K·1/mol], T : 절대온도 [K]


4. 이상 기체의 몰 부피 (Molar Volume)

  ㅇ 이상 기체 1 mol이, 0 ℃ (273.2 K), 1 atm(bar)에 있을 때, 그 부피는, 
     -  V = n Ru T/P = (1 mol)(0.0826 L atm mol-1 K-1)(273.2 K)/(1 atm) = 22.42 L

  ㅇ 즉, 이상 기체의 몰 부피는, 화학 표준 상태 (1 atm, 0 ℃) 하에, 22.42 L/mol 임


5. 이상 기체의 분자 운동 시 적용되는 기본 가정 및 결론           ☞ 기체분자운동론 참조

  ㅇ (가정)
     - 매우 많은 분자로 구성된 기체
     - 모든 기체 분자는 동등하고 질량 m을 갖으며 무작위 직선 운동(병진 운동)을 함
        . 기체 분자 간 거리가 멀고, 분자 크기 및 분자 간 인력이 무시할 만 함
     - 구성 원자,분자는 용기 벽면과 완전 탄성 충돌을 함

  ㅇ (결론)
     - 분자 입자의 `평균 운동에너지`는 `절대 온도`에 비례함
        . 온도가 증가하면, 평균 운동에너지 및 속도가 증가