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화학분자운동나노 Speed

기체의 진동 : 태풍보다 20배

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바람의 속도



냄새 문제의 해법

워터스턴의 운동론은 왕립학회 발표물의 망각 지대로 넘겨졌기 때문에 운동론에 관한 최초의 중요한 수학적 업적의 명성은 엔트로피의 선구자인 루돌프 클라우지우스에게로 돌아갔다. 1850년대에 십여 년 전의 워터스턴의 업적을 알지 못했던 클라우지우스는 운동론의 입자나 원자가 기체에서 실제로 어떻게 운동을 하는지 생각하기 시작했다. 클라우지우스는 ‘냄새 문제’라고 하는 어려운 운동론 문제를 해결했다.
기체에서 실제로 압력을 나타내는 입자들의 운동이 있다면 그것은 입자의 속도를 측정하는 데 필요한 직접적 방법이 될 수 있다. 압력은 이를테면 풍선을 누르려고 할 때 느끼는 감각이다. 그러나 이런 계산을 해보면 그 값이 너무 크게 나와서 즉시 기체의 입자론 전체에 대하여 반발이 일어나게 되었다.
예를 들면, 맨체스터 대학의 과학자인 제임스 줄은 암모니아 분자가 관찰된 압력을 나타내려면 초속 600미터로 운동을 해야 한다고 계산했다. 이제 암모니아 냄새를 맡아보자. 서투른 화학도가 우연히 실험실의 한구석에서 암모니아를 약간 엎질렀을 때 실험실의 다른 구석에 있는 학생이 냄새를 맡는 데는 몇 초 또는 몇 분이 걸린다. 전형적인 학교 실험실은 아마도 길이가 30미터 정도로 운동한다면 실험실의 학생들은 모두 즉시 엎질러진 화학물질의 냄새를 맡을 것이다.
클라우지우스는 냄새 문제의 잘못을 지적했다. 분명히 암모니아 분자는 초속 600미터로 운동할 수도 있다. 그러나 그것은 다른 암모니아 분자들로 둘러싸여 있다. 심지어 묽은 기체에서도 많은 분자가 있고 그것들은 계속해서 서로 충돌하여 방향을 바꾸기 전에 비교적 짧은 거리밖에 직진하지 못한다는 것을 증명했다. 화학실험실에서 엎질러진 암모니아에서 나온 증기는 이런 방법으로 계속 충돌하면서 조금씩 이동했을 것이다. 이런 식으로 실험실을 가로지르려면 각 분자가 충돌하기 전에 매우 빠르게 운동한다고 하더라도 냄새 나는 기체가 도달하는 데 상당한 시간이 걸릴 것이다.

왜 온도가 높으면 화학반응이 잘 일어날까?
대부분의 화학 반응이 일어나기 위해서는 원자나 분자들이 충분한 속력으로 충돌해야 합니다. 화학 반응에 필요한 최소한의 충돌 속력에 도달하는 기체는 온도가 높을수록 더 많아 집니다. 따라서 온도가 높을 수록 화학반응이 잘 일어납니다.
그리고 온도가 낮다고 해서 전혀 반응이 일어나지 않는 것은 아닙니다. 비록 낮은 확률이지만, 높은 속력의 분자와 부딪칠 가능성은 언제든 있으므로, 천천히 반응이 일어납니다.
예를 들어, 물을 100℃까지 가열하지 않더라도 일부 물분자는 기체로 도망갈 수 있을 만큼 충분한 속력에 도달할 수 있고, 물표면에서 대기중으로 튀어 나갑니다. 이것을 증발이라고 합니다.


 
 
 
 


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페이스북 올리기            방명록           수정 2013-01-28 / 등록 2012-02-24 / 조회수 : 7860 (432)



우리의 건강을 해치는 불량지식이 없는 아름다운 세상을 꿈꾸며 ...  2009.12  최낙언