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제가 고등학교 화학을 가르치려고 준비를 하고 있습니다 .화학2 부분에 이상기체와 실제기체를 다루는 부분에서 압축인자에 대한 정확한 개념에 대한 설명을 어떻게 해야 할지 고민하다가 이렇게 도움을 요청합니다 정확한 개념을 설명해 주실수 있는분의 도움을 기다립니다
그리고 한가지 더 있는데 분자파트에서 결합의 특성, 모양, 분자간 힘 부분에서 무극성분자들간의 힘에서 작용하는 분산력에 대한 의문인데요 저온의 상태에서 무극성 분자들간에 없던 전기적 특성이 나타난다고 들은적이 있는데 사실 이부분에 대한 설명이 되어 있는 참고부분이 없어 이렇게 문의 드리는 바입니다.
위 두 질문에 대한 명확한 해설이 없어 답답한 마음 뿐입니다
그럼 날씨가 무척 더운 요즘입니다
기력 잃지 마시고 다들 행복한 날 되세요~~
- 이상기체 방정식
- 압축인자
- 분자의 전기적 특성
각 분야 한인연구자와 현업 전문가분들의 답변을 기다립니다.
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답변
이응신님의 답변
2011-08-08- 3
일단 열역학책을 참고하시면 좋은 답을 얻을 수 있습니다.
열역학책의 앞부분에 이상기체 방정식이 나오고 150여가지 기체에 대한 근사식이 나옵니다.
이것을 일단 참고하시고 Virial 방정식도 살펴보시고요.
열역학의 뒷부분에 실제기체의 편이에 대한 압축인자가 나옵니다.
예를 들어 Cengel의 열역학책에 아주 잘 나옵니다.
고교생들을 대상으로 할 때는 약간의 비유를 포함시켜서 실제현상에 가깝게 설명하는 것이
좋겠지요. 예를 들어 이상기체는 부피가 없는 기체인데 실제기체는 전자분포에 의한 부피를
가정하므로 저압에서 기체들이 근접할 때 서로 인력이 작용하여 (이것은 화학에서 분자가
결합하는 양자역학적인 설명이 나오므로 이것과 연관시키면 되겠지요) 부피가 이상기체보다
더 줄어들기 때문에 압축인자 Z를 사용해서 편이 정도를 나타낸다... 그러면 어떻게 이상기체는
부피가 없다고 하는데 부피를 가정한 압축인자가 나오느냐는 질문이 나올 듯 한데
이것은 어쩔 수 없이 기체운동론의 충돌이론(즉, 자유행정 거리)으로 부피에 상당하는 양을
계산하는 것으로 설명해야겠지요.
pv = nRT 에서 pv=ZnRT의 Z가 압축인자인데 저압에서는 인력때문에 수축하기 때문에 붙여지는
이름이고... 기준은 임계상태를 가정한 값이고 열역학책의 뒷편에 압축인자를 이용하여 여러
열역학적인 값을 계산하는 표와 예제가 나옵니다.
고압에서는 가까이 있는 분자들끼리 반발력이 작용하므로 오히려 부피가 팽창하려고 하니까
압축인자가 저압일 때와 달리 Z > 1이 된다고 설명해야겠지요.
자세한 내용은 열역학책을 참고하면 도움이 됩니다. 아니면 인터넷에서 검색해도 되고요.
무극성분자들이 저온에서 전기적 성질이 나타나는 것은 반 데르 발스 힘으로 설명을 합니다.
AFM같은 장치에서는 양자역학적인 터널효과로 설명하지만 표면 스케닝하는 장치에서는
가까이 다가 갔을 때 분자들끼리 작용하는 반 데르 발스 힘으로 설명하는 논문들도 다수
있으므로 AFM에 대한 자료를 찾아보면 원하는 정보를 얻을 수 있습니다.
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제가 고등학교 화학을 가르치려고 준비를 하고 있습니다 .화학2 부분에 이상기체와 실제기체를 다루는 부분에서 압축인자에 대한 정확한 개념에 대한 설명을 어떻게 해야 할지 고민하다가 이렇게 도움을 요청합니다 정확한 개념을 설명해 주실수 있는분의 도움을 기다립니다
그리고 한가지 더 있는데 분자파트에서 결합의 특성, 모양, 분자간 힘 부분에서 무극성분자들간의 힘에서 작용하는 분산력에 대한 의문인데요 저온의 상태에서 무극성 분자들간에 없던 전기적 특성이 나타난다고 들은적이 있는데 사실 이부분에 대한 설명이 되어 있는 참고부분이 없어 이렇게 문의 드리는 바입니다.
위 두 질문에 대한 명확한 해설이 없어 답답한 마음 뿐입니다
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답변
조윤환님의 답변
2011-08-08- 2
질문을 정리해보면 크게 2가지군요. 이미 답변을 주신분이 있지만 몇 가지 사족을 달겠습니다.
1. compressibility factor
이상기체와 실제기체의 차이를 설명하는 부분이 되겠습니다. 이는 이상기체는 이런 것이다 라고 정의한 부분이 실제 기체와 다르기 때문에 나타나는 현상이 되겠습니다.
이상기체의 경우 부피도 없고, 분자간에 작용하는 힘도 없고...등등 으로 정의되어 있지만 실제 기체의 경우 부피도 있고, 분자간 인/척력도 존재하고...등등 이상기체와 다르죠. 또 기체에 따라서도 그 정도가 다르고요.
때문에 이러한 부분을 설명하기 위해서 도입된 부분이 바로 압축인자가 되겠습니다. 즉 이상기체는 기체의 거동을 단순화시켜서 이해하기 위한 방편일 뿐 실제기체의 복잡성을 그대로 반영하고 있지는 않은 셈입니다. 이를 반영하기 위해 필요한 것이 압축인자인겁니다.
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제가 고등학교 화학을 가르치려고 준비를 하고 있습니다 .화학2 부분에 이상기체와 실제기체를 다루는 부분에서 압축인자에 대한 정확한 개념에 대한 설명을 어떻게 해야 할지 고민하다가 이렇게 도움을 요청합니다 정확한 개념을 설명해 주실수 있는분의 도움을 기다립니다
그리고 한가지 더 있는데 분자파트에서 결합의 특성, 모양, 분자간 힘 부분에서 무극성분자들간의 힘에서 작용하는 분산력에 대한 의문인데요 저온의 상태에서 무극성 분자들간에 없던 전기적 특성이 나타난다고 들은적이 있는데 사실 이부분에 대한 설명이 되어 있는 참고부분이 없어 이렇게 문의 드리는 바입니다.
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