블루아카,괴문서] 몇 개고? 원자 말이다.

 

 

너흰 고등학생이기도 하고, 총을 다룰 수 있으니깐

완전히 맨땅에 헤딩하는 식으로 화학을 시작하진 않을꺼야

 

 

너무 기대하지 않는게 좋을 것 같은데....

 

 

첫수업은 늘 그래왔듯이 제일 기본적인 것부터 시작하도록 하자고

국제표준단위에서 갯수를 의미하는 단위는?

 

 

몰mole

 

 

정답! 그럼 1몰은 몇 개지?

 

 

대충 6×10^23개로만 배웠어

 

 

그정도면 충분해, 그럼 그 1몰은 어떻게 셌을까?

 

 

그러고보니 책에서도 엄청 대충 알려준 것 같은데 이건

 

 

왜냐면 이 측정방법을 이해하기 위해서 물리학이랑 화학이 필요했으니깐

 

 

쉽지 않네.....

 

 

지금이야 우린 책으로 원자론을 먼저 배우고 이걸 기반으로 화학을 배우지만

실제로는 거시적인 물리학과 화학이 먼저 나오고 측정값을 바탕으로 원리를 세웠으니

 

 

아보가드로가 직접 세진 않았을텐데 말이야

 

 

맞아, 사실 아보가드로 수 -1몰의 다른 이름- 은 아보가드로 본인하고는 큰 관계가 없어

 

 

뭐라고?

 

 

정확하겐 아보가드로는 "같은 부피랑 기압이면 모든 기체는 같은 분자수를 가진다"라는

거시적인 형태의 이상기체론을 만들었고, 그 '분자수'에 그의 이름이 붙여졌지만

정작 그 수를 실험적으로 측정하게 된 건 그 이론이 나온 후 100년이 넘어서야

 

 

이론과 실제의 격차가 제법 크네, 그래서 그걸 측정한 사람은 누군데?

 

 

장 바티스트 페렝, 1909년에 실험을 해서 이걸로 1926년에 노벨상을 받았지

 

 

1909년이면 상당히 옛날이잖아, 어떤 방법으로 측정한거야?

 

 

유리관

 

 

유리관 속에 뭘 집어넣은 거야?

 

 

맞아, 정확하게는 에어로졸을 집어넣었지

 

 

에어로졸이면 꽤나 덩치가 큰 물질이잖아, 이걸로 분자의 수를 구했다고?

 

 

당시 기준으로는 아보가드로 수를 제외한 다른 특징들,

그러니까 몰질량 같은게 다 알려진 상태라 가능한 일이지

 

 

그렇다 해도 어떻게 했는지 예측이 안되는걸....

 

 

간단히, 유리관 안이 일정한 조성의 기체로 이루어져 있다고 생각해봐

 

이 때 이 유리관 속 기체에 작용하는 거시적인 힘은 오직 중력뿐이기에

높이가 올라갈수록 압력이 낮아지겠지, 기체도 결국은 유체니깐

 

 

유체역학이 필요하구나, 이론상으로는 높이에 따라 지수적으로 압력이 감소하겠고

 

 

맞아 그리고 이 때 압력을 구성하는 건 기체를 조성하는 원소들의 몰질량뿐이고

압력공식의 지수값에서 몰질량 부분이 분자에 해당하는 것도 유체역학 공식으로 구할 수 있지

 

 

정리하면 압력의 반감-고도에 로그를 취한 값이 몰질량에 반비례하는구나!

 

 

그게 이 실험의 핵심이야. 지구를 기준으로 잡으면 공기의 평균 몰질량은 29g이고

해발고도 5Km 정도에서 대기압이 절반이 되는 걸 실험적으로 알 수 있어

 

유리관 속 에어로졸로 돌아가면, 밀도가 절반이 되는 지점은 0.01mm 지점이 되고

입자 하나의 크기는 1μm, 하나의 질량은 0.0004ng 정도로 측정이 됐어

 

 

대체 그런 값을 어떻게 구한 거야?

 

 

밀도 절반 지점은 현미경으로 한 층에 있는 에어로졸 입자의 수를 하나씩 세서 구했고

입자의 크기는 밀리컨의 기름방울 장치를 써서 크기를 조절했고

질량은 에어로졸 전체의 밀도에 입자 하나의 크기를 곱해서 얻었지

 

 

......하나씩 셌다고?

 

 

노벨상을 화투 쳐서 딴게 아니다 이말이야!

 

 

혹시나 했는데 역시나 대학원생의 피땀과 눈물이 들어간 실험이었구나

 

 

그런 셈이지, 어쨌거나 지구를 기준으로 한 실험값과 에어로졸 실험값의 결과로부터

약간의 산수 -결과값을 다 알고 있기에 수학이 아니지- 를 거치면 아보가드로 수 6.0221409×10^23 이 나와

 

 

요즘은 어떻게 구하려나?

 

 

요즘은 규소 결정에 X선을 쏴서 나온 회절무늬의 간격으로 구하지

 

 

말이 화학이지, 실상은 전부 물리학 실험장치 아니야?

 

 

본질을 파고들면, 결국 하나로 통하는 법이니까