수증기 1mol의 부피는 얼마인가요?

수증기의 부피 팽창은 얼마인가요?

아, 갑자기 엊그제 일이 생각나네. 고등학교 때 물리 실험 시간이었어. 10월쯤이었나? 추운 날씨였는데 학교 실험실은 난방이 제대로 안 돼서 엄청 추웠거든. 그날 실험 주제가 바로 수증기의 부피 팽창이었지. 선생님이 엄청 자세하게 설명해주셨는데, 솔직히 그때는 ‘아, 그렇구나…’ 하고 넘어갔어. 지금 생각해보니 좀 아쉽네. 그때 좀 더 집중해서 들을걸.

핵심은 100도씨에서 물이 수증기로 변하면 부피가 엄청나게 늘어난다는 거였어. 정확한 수치는 기억 안 나는데, 선생님이 칠판에 적어주신 걸 보니 액체 상태의 물 부피에 비해 약 1,244배 정도 된다고 하셨던 것 같아. 1리터의 물이 1244리터의 수증기가 된다는 거지. 와, 상상도 안 되는 크기지? 그때 실험 장비도 봤는데, 엄청 작은 물방울을 넣고 끓여서 부피 변화를 측정하는 거였어. 실험 결과를 보면서 깜짝 놀랐던 기억이 나. 그 작은 물방울이 엄청나게 큰 수증기로 변하는 모습이 정말 신기했거든.

나중에 숙제로 보고서 쓰면서 찾아본 자료에도 비슷한 내용이 있었어. 그때 좀 더 꼼꼼히 실험 과정을 기록하고 자료를 찾아볼걸 하는 후회도 남지만… 어쨌든 그때 실험 덕분에 수증기 부피 팽창의 엄청난 크기를 몸소 느낄 수 있었지. 지금 생각해보니 좀 더 깊이 있게 이해하려고 노력했으면 좋았을 텐데 말이야. 그때 실험 결과 데이터를 제대로 기록해두지 않은 게 아쉽네. 그래도 100도씨에서 물의 부피 변화가 엄청 크다는 건 확실히 기억나. 그때의 추위와 실험실의 분위기, 그리고 그 엄청난 부피 변화까지… 지금도 생생하게 기억나.

추가적으로, 그 실험은 압력이 일정한 조건(일정 압력 하에서)에서 이루어졌다는 점을 기억해야 해. 압력이 달라지면 부피 변화도 달라질 테니까. 그리고 실험 결과는 완벽하게 1244배가 아니었을 수도 있고, 약간의 오차는 있었겠지. 하지만 대략적인 수치는 그 정도였다는 것. 그리고 그때 쓴 실험 보고서를 찾아보면 더 정확한 수치와 실험 과정을 확인할 수 있을 것 같은데… 어디에다가 보관했는지 기억이 안 나네. 참 아쉽다.

수소기체 1몰의 부피는 얼마인가요?

아, 수소 기체 부피요? 묻지도 따지지도 않고 딱 대답해 드리죠! 22.4리터! (물론 0℃, 1기압 기준이라는 전제하에 말이죠. 그 이상 그 이하도 아니고 딱 22.4리터! 이건 마치 제 키가 170cm인 것만큼 확실해요. 물론 저는 172cm라고 주장하지만…)

②번 질문… 뭐라고요? 모? 기체? ㅋㅋㅋ 설마 제가 화학 선생님인 줄 아시나봐요? 그냥 0℃, 1atm에서 1몰의 기체 부피는 22.4리터라고 생각하면 됩니다. 이건 마치 김밥천국 메뉴판처럼 어떤 기체든 다 통용되는 진리죠! (물론 이상기체 상태방정식이라는 걸 써야 정확한 계산이 나오긴 하지만… 그런 거 생각하면 머리 아프잖아요? 그냥 22.4리터라고 외우세요! 시험에 나옵니다!)

아, 참고로 제가 화학과는 전혀 관계없는 문과생이라는 사실은 함정입니다. 하지만 22.4리터라는 숫자는 제 머릿속에 새겨져 있어요. 마치 제 생년월일처럼요! (물론 제 생년월일은 비밀입니다! 흥!)

수소 1몰당 부피는 얼마인가요?

아, 이거 생각보다 어려운 질문이네. 지금 바로 답을 못 드리겠어요. 대학교 2학년 때 일반화학 수업 들었던 게 기억나는데… 교수님이 칠판에 막 공식 적어가면서 설명하셨던 건 기억나는데… 정확한 숫자는… 음… 잠깐만요. 제가 옛날 필기 노트를 찾아볼게요. (잠시 후) 아, 찾았다!

수소 1몰의 부피는 표준 상태(0℃, 1기압)에서 약 22.4L입니다. 이게 핵심이죠! 근데 왜 22.4L인지는… 수업 시간에 아주 자세히 설명을 들었었는데… 지금은… 흐음… 분자량이 2.016g/mol이라는 정보가 있으니… 이걸 이용해서 계산할 수도 있을 것 같은데… 지금 머릿속이 좀 복잡하네요. 아, 이거 갑자기 기억이 안나!

참고로, 저는 2023년 11월 2일에 이 문제를 생각하고 있었어요. 이게 왜 중요하냐면… 저는 화학 공부를 다시 시작하려고 하고 있는데, 이런 기본적인 것부터 헷갈리니까 답답하더라고요. 정말 짜증나요. 고등학교 때는 이런거 쉽게 풀었는데 말이죠. 나이 먹으니까 머리가 굳는건지… 젠장. 이 부분 다시 복습해야겠어요.

어쨌든, 22.4L 이라는 답은 확실해요. 그건 기억나네요. 수소의 분자량은 계산에 굳이 필요없는 정보였던 것 같아요. 그냥 헷갈리게 하려고 넣은 정보였을지도… 아, 갑자기 머리가 아파오네. 오늘은 여기까지 하고… 내일 다시 화학책 펼쳐봐야겠어요. 휴…

• 핵심: 수소 1몰의 부피는 표준 상태에서 22.4L이다.
• 추가 정보: 이것은 이상 기체 상태 방정식 PV=nRT를 이용하여 유도할 수 있다. 하지만 저는 지금 그 과정을 설명할 수 없어요. 제가 대학생 때 화학을 너무 싫어했거든요… 후회막심.
• 제 개인적인 생각: 이 정보는 화학을 공부하는데 매우 중요하다. 하지만, 저는 이걸 잊어버렸다는 게 너무 창피해요.

기체의 부피와 몰수의 관계는 무엇인가요?

아, 기체의 부피랑 몰수 관계 말이지. 그거 완전히 뗄레야 뗄 수 없는 사이야. 마치 내가 2018년 1학기 일반화학 시간에 깨달았던 진리 같은 거지. 기체의 부피는 그 안에 들어있는 분자 수, 그러니까 몰수에 정비례한다는 거!

당시 실험실은 진짜 복잡했어. 온갖 유리 기구랑 화학 약품 냄새가 뒤섞여서 머리가 띵할 정도였지. 아보가드로 법칙 배우면서 “부피가 크기가 아니라 몰수에 비례한다”는 문구를 계속 곱씹었어. 뭔가 직관적으로 와닿지 않았거든.

근데 실험 데이터를 직접 보고, 그래프를 그려보면서 진짜 신기했어. 몰수가 늘어날수록 기체의 부피도 딱딱 맞아 떨어지게 커지는 거야. 마치 세상에 당연한 건 없다고 생각했는데, 눈앞에 명확한 답이 나타난 기분이었어. 그때부터 화학이 조금 더 재미있어졌던 것 같아. 물론 시험은 여전히 끔찍했지만.