이상 기체 법칙

지식 정보

해당 지식
PV=nRT와 이상 기체 법칙 텍스트가 있는 주황색 아이콘

분자의 크기를 무시하고 분자 간 작용하는 힘이 없다고 가정한 기체의 압력과 부피, 몰 수, 절대 온도 사이의 관계를 설명합니다.

하위 지식 상위 지식
화학 반응식의 표기와 2H₂(g)+O₂(g)→2H₂O(g) 섭씨와 켈빈 온도 단위를 나타내는 아이콘 몰 분율과 부분 압력 법칙을 나타내는 분자 그림과 P=P₁+P₂ 수식 아이콘 내부 에너지를 나타내는 입자 모양 아이콘과 텍스트

이상 기체

분자의 크기를 무시하고, 분자 간 작용하는 힘이 없다고 가정한 기체로 이상 기체 법칙을 만족한다.

이상 기체 법칙

이상 기체의 압력과 부피를 각각 PP, VV, 이상 기체 분자의 몰 수를 nn, 기체 상수를 RR, 기체의 절대 온도를 TT라 하면 PV=nRTPV = nRT이다.

구분 $P$ $V$ $=$ $n$ $R$ $T$
의미 압력 부피 몰 수 기체 상수 절대 온도
단위 $\mathrm{N/m^{2}} = \mathrm{Pa}$
또는 $\mathrm{atm}$
$\mathrm{m^{3}}$ 또는 $\mathrm{L}$ $\mathrm{mol}$ $\mathrm{atm·L/(mol·K)}$
또는 $\mathrm{J/(mol·K)}$
$\mathrm{K}$

기체 상수

이상 기체 법칙 PV=nRTPV = nRT에 나오는 상수 RR이다.
기호로 RR로 나타내고, 단위는 주로 atm⋅L/(mol⋅K)\mathrm{atm·L/(mol·K)} 또는 J/(mol⋅K)\mathrm{J/(mol·K)}을 사용한다.

기체 상수 RR의 실제 값은 0.0821 atm⋅L/(mol⋅K)=8.314 J/(mol⋅K)0.0821\,\mathrm{atm·L/(mol·K)} = 8.314\,\mathrm{J/(mol·K)}이다.

이상 기체 예시

그림 (가)는 실린더 속에 N2(g)\mathrm{N_{2}}(g)가 들어 있는 것을, (나)는 (가)에서 압력과 온도 조건을 달리한 후의 평형 상태를 나타낸 것이다.
(나)에서 N2(g)\mathrm{N_{2}}(g)의 부피를 구해보자.

피스톤 속 질소 기체의 온도·압력 변화 전후 상태 비교

실린더 속에 N2(g)\mathrm{N_{2}}(g)가 n moln\,\mathrm{mol}만큼 있고, (나)에서 N2(g)\mathrm{N_{2}}(g)의 부피가 V LV\,\mathrm{L}일 때, 이상 기체 법칙을 적용해보자.


①에서 nRT mol⋅K=2 atm⋅LnRT\,\mathrm{mol·K} = 2\,\mathrm{atm·L}이므로 이를 ②에 대입하면
43V atm⋅L=2nRT mol⋅K=2×2 atm⋅L=4 atm⋅L\dfrac{4}{3}V\,\mathrm{atm·L} = 2nRT\,\mathrm{mol·K} = 2 \times 2\,\mathrm{atm·L} = 4\,\mathrm{atm·L},
V=3V = 3이다.

따라서 (나)에서 N2(g)\mathrm{N_{2}}(g)의 부피는 3 L3\,\mathrm{L}이다.

시뮬레이션


적용 문항

1번 문항


Ne와 Ar 기체가 들어 있는 강철 용기의 압력비 계산 문제

2번 문항


네온 기체의 압력·부피·온도 변화와 이상 기체 법칙 보기 문항