벼랑 끝에서의 여유

아보가드로의 법칙을 알아보아요

아보가드로는 

물질이 고유 특성을 잃지 않을 수 있는 

최소 단위로 "분자" 라는 개념을 최초로

도입한 물리학자이며, 화학자 인데요

출처: 위키피디아 백과

아보가드로의 법칙은

돌턴의 원자설로 

설명하기 어려웠던

 물질의 상태 변화를 

연구하면서 나온 것인데요.

아보가드로의 법칙이

나올 당시 과학자들은

수소와 산소가 결합하여

물이 생성될 때, 

일정한 부피 비율을 지닌다는 점...

다시 말해, 

수소:산소 => 물 

부피비는 언제나

2:1=>2

로 생성된다는 

사실을 알고 있었습니다.

돌턴 원자 모형 (출처: 위키미디어)

그런데, 당시의 돌턴 원자설에 따르면

이 부분이 설명하기 어려운 점이 있었는데,

수소:산소가 2:1 인 상태에서

원자수에 비례하는 부피로

2만큼의 물이 나온려면,

산소 원자가

1/2로 쪼개져

수소 1: 산소 1/2 이 되어야 

물 1이 나온다는 설명이 

되는 것입니다.

하지만 이런 가설은

"원자는 더이상 쪼개질 수 없다"

는 돌턴 원자설에 위배되는 것이었습니다.

아보가드로의 법칙은 바로 이런 기체 반응의 이유를

설명하기 위한 아보가드로의 "분자 모형"에서 나오게 되었습니다.

돌턴 원자설로 설명하면, 

수소 2부피와 산소 1부피가  결합하여 생성되는 물의 부피를

원자수에 비례한다고 할 경우, 2+1=3 으로 단순하게 생각하여

물은 3부피가 생성되어야 하지만

위 그림에서와 마찬가지로, 아보가드로의 법칙에 의하면

실제로는 수소와 산소가 결합하여 물 분자가 되면 

2부피의 수증기가 생성됩니다.

아보가드로는

모든 물질이 원자의 질량과 상관없이

"분자"라는 단위가 그 고유특성을 지니는 기본 단위이며

(즉 분자를 더 쪼개면 그 물질은 고유 특성이 사라집니다.)

이 분자들은 기체 형태로 존재할 경우,

온도와 압력이 같은 상황에서는 

그 어떤 종류이든 상관없이

같은 부피 안에 

같은 수의 분자가 

존재한다는 것입니다.

다시 말해 같은 1 ㎥ 크기의 가스 탱크 A, B가 있고

A 탱크: 원자량이 매우 작은 수소 기체

B 탱크: 원자량이 매우 큰 고분자 물질의 기체

 가 들어있는 경우에도,

A 탱크와 B 탱크 안에 들어가 있는

분자의 개수는 모두 같다는 것입니다.

아보가드로의 법칙을 수식 형태로 정리하면

위 그림과 같이 나타납니다.

기체의 부피는 어떤 경우이든 

(온도와 압력은 모두 일정하다는 가정하에)

몰부피 즉 특정한 부피안에 들어 있는 분자의 개수에

일정하게 비례하는 것입니다.

사실 상대적인 크기로 따지면

개미만한 분자와 공룡만한 분자가

같은 크기의 건물 속에 넣으면

개미도 100마리, 공룡도 100마리만

들어갈 수 있는 것이죠.

언뜻보면 이상해 보이지만, 이점은 분자가 기체 상태로 

있을 때 특정한 운동을 하고 있는데,

그 움직이는 범위가 분자의 상대적인 크기에 비해

매우 크기 때문에 그 운동 범위로 결정되는 

"부피"에 비해 분자의 원자단위 크기가 너무 작아

일어나는 현상이라 볼 수 있습니다.

원자나 분자 단위는

눈으로 관찰하기 매우 작은 단위이지만

아보가드로의 법칙이 설명하듯이

모든 물질은 정확하고 질서있는 설계에 따라

존재하고 있다는 점을 알 수 있습니다.