기체의 분자 수에 대한 '아보가드로의 법칙'이란?

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기체의 분자 수에 대한

아보가드로(Avogadro)의 법칙

 

 

화학을 공부하기 시작하면 원자, 분자, 기체의 성질 등을 배우게 되고, 곧 ‘아보가드로의 법칙’과 ‘아보가드로 수’라는 것을 이해해야 하게 된다. 이탈리아의 과학자 아메데오 아보가드로(Amedeo Avogadro 1776-1856)는 교회법에 대한 공부를 하여 법학박사 학위를 가졌으나, 자연과학을 독학하여 일생 수학과 물리학을 연구하는 토리노 대학의 교수가 되었다.  

 

아보가드로가 살던 당시의 과학자들은 원자라든가 분자에 대해 알지 못하고 있었다. 그는 게이뤼삭(Gay-Lussac 1778-1850)의 '기체반응의 법칙'을 알게 된 후, ‘질소의 입자(지금은 분자)는 2개의 원자(N2)로 구성되어 있고, 이와 마찬가지로 수소 분자도 2개의 원자로 구성되어 있을 것’이라고 주장했다. 그래서 그는 ‘1분자(게이뤼삭이 말한 부피)의 질소와 3분자(부피)의 수소가 결합하여 두 분자(부피)의 암모니아(NH3)가 된 것’이라고 생각했다. 1811년에 그는 오늘날 ‘아보가드로의 법칙’(Avogadro's Law)으로 알려진 중요한 기체의 성질에 대한 법칙을 발표했다.

 

“온도와 압력이 같은 조건이라면, 같은 부피 속에 담긴 기체의 분자의 수는 모든 기체가 다 동일하다.”

 

예를 든다면 1리터 부피의 병 속에 수소, 산소, 질소, 이산화탄소, 암모니아가 각각 들어 있다면, 온도와 압력이 같을 경우, 각 병에 담긴 각 기체의 분자 수는 같다는 것이다. 이러한 아보가드로의 주장은 인정받지 못하고 있었으나, 그가 죽은 50년 뒤, 이탈리아의 화학자 스타니슬라오 칸니차로(Stanislao Cannizzaro 1826-1910)가 원자와 분자를 구분하여 설명하면서 재평가 받게 되었다.

 

** 아보가드로수란?

 

오늘날 화학에서 사용하는 ‘아보가드로수’는 화학이 더욱 발달하여 정밀한 실험을 할 수 있게 되면서, 화학반응에 참여하는 원자의 양에 대한 국제단위로 사용하는 상수가 되었다. 이와 연관된 법칙을 발견한 아보가드로의 명예를 높여 그 상수의 이름이 된 것이다.

 

가장 가벼운 원소인 수소 원자의 상대(相對) 질량은 1이다. 수소 1g에 들어 있는 원자의 질량을 1몰(mol 또는 mole)이라 부른다. 탄소의 질량은 12이므로 탄소 1몰은 12g이고, 산소 1몰은 16g, 납은 207g이다. 이산화탄소(CO2) 1몰은 (12+16×2 =) 44g이다.

 

놀랍게도 각 물질 1몰에 포함된 원자의 수는 모두 각기 6.02×1023개이다. 이것을 화학에서 ‘아보가드로수’라고 말한다. mol이나 mole은 molecule에서 따온 용어이다. 아보가드로수는 ‘아보가드로 상수’라고도 부르며, 정확한 숫자는 실험에 따라 약간의 오차가 발생한다. 2006년 현재 6.02214179....×1023을 '아보가드로 상수'로 사용하고 있다.  

 

 

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