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Why Do We Fall 동기부여 동영상(6분 14초)

    • 기체 분자 운동론을 적용하여 기체의 성질을 설명할 수 있다.

    • 기체의 압력, 부피, 온도와 몰 수의 관계를 설명할 수 있다.

 다음은 기체 분자 운동을 설명하는 그림이다. 이를 보고 기체 성질을 탐구해 보자.

•   기체 분자의 크기는 분자 사이 거리에 비해 매우 작다. [자체 부피는 무시할 수 있다.]
• 기체 분자의 완전 탄성 충돌은 기체 입자들이 끊임없이 운동하고 있다는 증거이다.
• 기체 분자의 운동으로 압력이 생긴다. [무질서하며 끊임없는 운동으로 벽에 충돌한다.]
• 기체 분자의 평균 운동 에너지는 절대 온도에만 비례한다. [실온에 해당하는 열 운동을 끊임없이 한다.]

1.   열 운동(thermal motion)
1.   기체 분자들은 분자 사이의 인력보다는 기체 자체 분자들의 운동 에너지가 크기 때문에 넓은 공간을 자유롭게 모든 방향으로 움직임
2.  기체들의 자유로운 운동
2.   기체 분자 운동론 (kinetic theory of gas)
1.   기체 분자는 서로 멀리 떨어져 있으며, 기체 자체의 부피는 무시할 정도로 작다.
2.   기체 분자는 무질서하게 계속 움직이며, 직선 운동을 끊임없이 한다.
3.   기체 분자는 충돌해도 평균 운동 에너지는 변하지 않는다. [완전 탄성 충돌을 한다.]
4.   분자 간 상호 작용력은 무시할 수 있을 정도로 작아서 인력이나 반발력이 작용하지 않는다.
5.   기체 분자의 평균 운동 에너지는 기체의 종류에 관계없이 절대 온도에만 비례한다.
3. 기체 분자 운동 에너지
1.   기체 입자는 온도에 해당하는 운동 에너지를 가지게 되는데, 질량이 매우 작기 때 문에 끊임없이 직선 운동
2. 분자간의 인력이나 반발력은 작용하지 않 으므로 완전 탄성 충돌
3. 같은 온도에서도 질량이 큰 입자는 운동 속 도가 작아지게 되고, 고체나 액체로도 존재
4. 기체 분자들의 평균 운동 에너지는 기체의 종류에 관계없이 절대 온도에 비례

   

             : 볼트만 상수( )( : 아보가드로수)

1.   입자들의 운동 속도는 온도가 높을수록 빠르다

 그림 Ⅱ-1 온도에 따른 운동 에너지 변화

•   (가)에서는 온도가 같으므로 질량이 달라도 운동 에너지는 같다. 그러나 가벼운 입자의 운동 속도가 더 빠르다.
• (나)는 (가)보다 온도가 증가하므로 운동 에너지는 증가한다. 질량 변화는 없어도 온도 증가로 운동 속도는 증가한다. 따라서 운동 속도는 (가)보다 온도가 높은 (나)에서 더 빠르다.

1.   기체 분자의 운동 에너지를 결정하는 요인은 무엇인가?

 

1. 압력
1. 단위 면적 당 작용하는 힘

                

1. 표준 단위
1. 1m의 면적에 1N(뉴턴)의 힘이 작용할 때 나타는 압력
2. 파스칼, 기호 Pa, 단위 : (N/m²)
2. 토리첼리의 대기압 측정 장치

그림 Ⅱ-2 대기압의 측정

2. 대기 압력이 0.830기압이다. 이 압력을 다음의 단위로 나타내어 보자.(단, 그림 Ⅱ-2 를 참고한다.)

1) mmHg

2) hPa(헥토파스칼)

3. 1atm = 760mmHg = 760torr라는 말의 의미가 무엇인지 적어 보자.

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할머니와 학생

다음과 같은 유리관의 양쪽 끝에 HCl을 묻힌 솜과 NH₃를 묻힌 솜을 동시에 넣었을 때, 일어나는 실험 결과를 보고 기체의 확산 속도를 탐구해 보자.

그림 Ⅱ-3  기체의 확산 속도 실험

• HCl을 묻힌 솜과 가까운 쪽에 흰 연기가 발생하였다. [확산 속도 NH₃ > HCl]
• HCl(g) + NH₃(g) → NH₄Cl(s ) [흰 연기가 관찰된다.]

• 그레이엄의 법칙

•   기체의 확산 속도가 기체 분자량의 제곱근에 반비례
•   같은 온도와 같은 압력에서 두 기체의 확산 속도 ( ) 와 분자량( ) 사이에는 다음과 같은 관계식이 성립

                

4. 같은 조건에서 두 기체의 확산 속도를 매초 당 측정한 결과 CH₄는 100cm/s이었고, A기체는 50cm/s이었다. A 기체의 분자량은 얼마인가?(단, CH₄ 분자량은 16이다.)

 

 

  다음의 온도에 따른 O₂와 CO₂ 분자들의 평균 속도 자료를 보고 기체의 속도 분포를 탐구해 보자.

그림 Ⅱ-4 온도에 따른 분자의 운동 속도 분포

• 온도를 높이면 분자들의 평균 속도가 빨라진다.
• 같은 온도에서도 속도가 다른 분자들이 많이 있다. [평균 속도로 나타냄.]
• 같은 온도에서 가벼운 기체일수록 운동 속도가 빠르다. [운동 속도 O₂ > CO₂]
•   평균 운동 에너지
•   같은 온도에서도 속도가 다른 분자들이 많이 있으므로, 기체 분자의 운동 속도는 평균 속도로 나타낸다.
• 평균 속도로 나타낸 분자의 운동 에너지
•   확산(diffusion
•   분자들이 스스로 운동하면서 퍼져 나가는 현상

5.   같은 온도에서 수소와 수증기 중 어느 쪽이 평균 속도가 더 클까?

 

 

 

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제53회 사법시험최고령합격자 오세범(09.40)

 

  기체가 들어있는 J자관에 수은을 추가하면서 압력 변화에 따른 부피 변화를 측정하였다. 이 결과를 보고 기체 특성을 탐구해 보자.

그림 Ⅱ-4 압력의 변화에 따른 부피 변화 결과 및 정리

•   Hg을 추가하면 기체 부피는 감소하고 압력은 증가한다. [기체 입자수와 온도는 일정]
• P (압력)×V (부피)의 값들을 비교하여 보면 거의 일정하다. [PV ＝K ]

•  보일의 법칙                                                                   

                                                                                                     

그림 Ⅱ-6 압력(P)과 부피(V)와의 관계

•   기체의 압력과 부피의 곱이 같다.

    P₁V₁ = P₂V₂

• 일정한 온도에서 일정한 몰 수를 가지는 기체의 부피는 압력에 반비례한다.

    V∝1/P, PV = k

6.  그림 Ⅱ-5에서 실험 3의 경우, 수은주 높이차는 얼마인가?

 

7. 0℃, 1기압에서 10.0L의 부피를 차지하는 일정량의 기체를 0℃에서 5기압으로 압축하면 그 부피는 몇 L로 되겠는가?

 

 

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강연 100도씨 류광연 2013년 12월 8일(12.36)

 

  밀폐된 주사기 속에 들어 있는 공기를 가열하면서 온도 변화에 따른 기체의 부피 변화를 측정하였다. 이 결과를 보고 기체 특성을 탐구해 보자. (단, P_atm ＝760mmHg)

  그림 Ⅱ-7 온도 변화에 따른 기체의 부피 변화에 따른 결과 및 정리

 

•   온도가 증가하면 기체 부피는 증가한다. [기체 입자수와 압력은 일정]
• 의 값들을 비교하여 보면 거의 일정하다. [ ]

•   샤를의 법칙

                                                                                                            

•   압력과 몰 수가 일정할 때 기체의 부피는 절대 온도에 비례한다.
•    V∝T, V/T = k
• 
• 절대온도
• -273℃를 0으로 하고 섭씨 온도와 같은 눈금으로 표시한 온도 (단위 K(Kelvin, 켈빈))
• T(K) = t(℃) + 273

• 온도 변환
• 
• 
•  

8. 27℃, 1기압에서 일정량의 기체의 부피가 10.0L이었다. 같은 압력에서 327℃로 온도를높이면 이 기체의 부피는 얼마가 되겠는가?

 

9. 압력이 일정할 때, 20℃에서 어떤 기체가 차지하는 부피를 2배가 되게 하려면 온도를몇 ℃로 해 주어야 하는가?

 

 

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강연 100℃ 노치권 EP93(24.05)

• 보일 ·샤를의 법칙 법칙(Boyle-Charles’ law)

  그림 Ⅱ-8 보일·샤를의 법칙

•   일정량의 기체의 부피(V )는 압력(P)에반비례하고, 절대 온도(T )에 비례

                       �� � �

                 는상수, 입자 수가 일정할 때)

                   

 

 

10.  27℃, 760mmHg에서 2.0L의 수소 기체를 327℃, 1520mmHg로 변화시키면 그 부피는 얼마가 되겠는가?

 

11. 서울에서 경주까지 여행하기 전 자동차 타이어 속의 압력은 20℃에서 1.8기압이었다.목적지에 도착한 후 압력이 1.9기압이었다면, 타이어 속 공기의 온도는 몇 ℃인가? (단, 타이어 속의 부피는 변화가 없는 것으로 한다.)

 

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speech Choeseongbong singer kkeompaly(12.14)

 

  다음의 그림 자료를 보고, 아보가드로 법칙을 탐구해 보자.

 

•   같은 온도, 같은 압력에서 같은 부피 속에는 같은 수의 분자가 들어 있다.

→ 기체 종류에 관계없다.

→ 입자들 간의 평균 거리는 같다.

→

• 아보가드로 법칙
•   같은 압력과 온도에서 같은 부피의 기체는 같은 분자수를 가진다.
• 온도와 압력이 같을 때 기체의 부피는 기체의 몰수에 비례한다.

    V ∝ n, V = k×n

• 기체 1몰의 부피 : 0℃, 1atm에서 22.4L임
• 1몰의 기체 분자수 : 6.02×10²³(아보가드로수)

12.   다음 물음에 답하시오.

1) 물(H₂O) 9g에 포함된 물 분자의 수

 

2) 물 분자 3.01×10²³개에 포함된 수소 원자의 수

 

3) 이산화 탄소(CO₂) 0.25몰에 포함된 산소 원자의 수

 

4) 표준 상태에서 수소 기체 22.4L에 포함된 수소(H₂) 분자의 수

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speech Do gijukji gangbora(15.09)

•  이상 기체
•   기체의 입자크기는 매우 작아 무시한다.
• 입자들간 상호 인력, 반발력을 무시한다.
• 완전탄성체로 충돌로 인한 에너지 손실이 없다.
• 에너지는 절대온도에 정비례한다. 보일의 법칙,
• 샤를의 법칙, 아보가드로의 법칙을 따른다
•  이상 기체 상태 방정식(ideal gas equation 
• 기체의 부피는 기체의 분자 수와 절대 온도에 정비례하고, 압력에 반비례

PV = nRT      

R : 기체상수(gas constant)          

= 0.082 atm·L/mol·K          

= 8.314 J/mol·K          

= 1.987 cal/mol·K

• 실제 기체
•   대부분 실제 기체는 이상기체상태방정식을 따른다.
• 낮은 온도와 높은 압력에 있을 때는 분자간 거리가 가까워져 이상기체와 다른 행동을 보인다.
• 반 데르 발스(Van der Waals)식

   

  a : 분자 간 인력 상수, b : 기체분자 부피 상수

13.   27℃에서 0.25L 플라스크 안의 압력이 850mmHg가 되도록 하려면 이산화 탄소 기체 를 몇 g 채워야 하는가?(단, 이산화 탄소의 분자량은 44이다.)

 

 

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KBS1 강연100°C - 김혁건(더크로스)Full version(22.52)

 

 

partⅡ물질의 상태와 용액

1. 기체·액체·고체

1-1. 왜, 기체들은 끊임없이 움직일까?

    1-1-1 학습 활동지

1-2. 액체는 어떤 성질을 가지고 있을까?

    1-2-1 학습 활동지

1-3. 고체는 어떤 성질을 가지고 있을까?

    1-3-1 학습 활동지

2. 용액

2-1. 용질이 용매에 최대로 섞이는 정도를 어떻게 나타낼까?

    2-1-1 학습 활동지

2-2. 용액의 진한 정도를 어떻게 알까?

    2-2-1 학습 활동지

2-3. 용매와 용액의 성질은 어떤 차이가 있을까?

    2-3-1 학습 활동지

3 창의력 기르기

4 과학 글쓰기

5 직업 엿보기