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이상 기체 실험실

튀어 다니는 분자, 진짜 물리: 압력은 벽 충돌에서 생겨나고 P·V = n·R·T가 실시간으로 성립합니다.

이것은 진짜 분자 동역학입니다 — 꾸며낸 압력은 없습니다. 입자는 날아다니며 벽과 탄성 충돌하고, 압력은 입자가 벽에 전달하는 충격량으로 측정합니다(이론값 N·k_B·T/A와 일치). 기체를 가열해 분자를 빠르게 하고, 피스톤을 끌어 부피를 바꾸고, 입자를 추가하면서 R = 8.314 J/(mol·K)로 P·V = n·R·T가 균형을 유지하는 모습을 보세요.

개: 120 · 온도: 300 K
⇄ 부피
이상 기체 법칙 · PV = nRT
P·V=92 kPa×27.0 L=2494 J
≈n·R·T=1.00 mol×8.314×300 K=2494 J
기체 상수: R = 8.314 J/(mol·K)
프리셋

실온

중간 크기 상자에서 약 300 K 부근의 차분한 기준. 약 1몰의 입자가 튀어 다니며 P·V = n·R·T가 안정적으로 성립하는 모습을 볼 수 있습니다.

측정값

온도300 K27 °C
부피27.0 LA = 54.0 m²
물질량1.00 molN = 120 개
측정 압력…
0.0 kPa이론값 (PV=nRT): 92.4 kPa
평균 속력0.00 m/s½m⟨v²⟩ ∝ T

공식 및 출처

P·V = n·R·T (R = 8.314 J/mol·K)

P from wall-collision impulse (measured)

½m⟨v²⟩ ∝ T (kinetic theory)

Boyle P∝1/V · Charles V∝T · Gay-Lussac P∝T

이 기체 뒤에 있는 단위와 상수

pV = nRT는 네 개의 단위를 한꺼번에 짊어집니다 — 파스칼·리터·켈빈·몰. 2019년부터 기체 상수 R은 더 이상 측정되지 않습니다. SI가 정의로 고정한 두 수의 곱이기 때문입니다.

지금 바꾸고 있는 것

R은 어디서 오는가

  • R = 8.314462618 J mol⁻¹ K⁻¹
    몰 기체 상수 · 정확한 값입니다. R = N_A · k_B이고 둘 다 정의로 고정되어 있기 때문입니다
  • N_A = 6.02214076 × 10²³ mol⁻¹
    아보가드로 상수 · 「몰」을 정의합니다 — 1몰은 정확히 이 개수의 입자입니다
  • k_B = 1.380649 × 10⁻²³ J K⁻¹
    볼츠만 상수 · 「켈빈」을 정의합니다 — 온도를 입자 하나당 에너지로 바꿉니다

이상기체 1몰이 차지하는 부피

조건온도압력몰 부피
현행 IUPAC 기준273.15 K100 kPa22.711 L/mol
1 atm — 학교에서 배우는 표준상태273.15 K101.325 kPa22.414 L/mol
실온 (25 °C)298.15 K101.325 kPa24.465 L/mol
끓는 물 (100 °C)373.15 K101.325 kPa30.620 L/mol

V/n = R·T/p로 그 자리에서 계산합니다 (R은 상수 페이지의 정확한 값). 답이 어떤 기체인지에 따라 달라지지 않는다는 것, 그것이 「이상」의 뜻입니다. 두 번째 줄 22.414 L/mol이 바로 화학 시간에 외우는 22.4 L/mol이며, 교과서의 표준상태는 0 °C·1기압입니다. 다만 IUPAC은 1982년부터 100 kPa을 쓰고 그때는 22.7 L/mol이 되어 약 1.3 % 차이가 납니다. 둘을 섞어 쓰지 마세요.

R은 2019년에 「재는 수」가 아니게 되었다

2019년 SI 개정으로 볼츠만 상수(켈빈을 정의)와 아보가드로 상수(몰을 정의)가 정확한 값으로 고정되었습니다. 기체 상수는 그 둘의 곱 R = N_A · k_B이므로 정확함을 그대로 물려받았습니다 — 8.314 462 618… J mol⁻¹ K⁻¹, 이제 측정해야 할 불확도가 남아 있지 않습니다.

SI를 정의하는 일곱 상수 보기 →

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