기체

기체 상태의 분자들은 서로 결합해 있지 않으며, 각기 독립적으로 움직인다.

기체(한자: 氣體 영어: gas)는 액체, 고체와 함께 물질의 세가지 상태 중 하나이다. 기체 상태의 분자들은 자유롭게 움직이며, 각각의 분자는 독립적으로 움직인다. 이는 분자들이 약하게 붙어있는 액체나 분자들이 서로를 강하게 붙들고 있는 고체와는 확연히 다른 모습이다. 기체 분자들은 크게 3가지 종류로 구분할 수 있다. 첫째는 기체 분자가 한 개의 원자로만 이루어진 경우로, 헬륨(He)이나 네온(Ne)이 이에 해당한다. 둘째는 기체 분자가 같은 종류의 원자가 2개 이상 결합하여 하나의 분자를 이루는 경우로, 수소(H₂), 염소(Cl₂)등이 여기에 해당한다. 셋째는 다른 종류의 원자가 서로 결합하여 하나의 분자를 이루는 경우로, 이산화탄소(CO₂), 암모니아(NH₃)등이 여기에 해당한다.

기체 혼합물이란, 여러 종류의 기체 분자들이 섞여 있는 상태를 의미한다. 공기는 대표적인 기체 혼합물로서, 78%의 질소(N₂), 20%의 산소(O₂), 2%의 아르곤(Ar) 및 이산화탄소(CO₂)로 구성되어 있다.

물리적 성질

모든 기체들은 액체처럼 흐를 수 있다. 이 말인 즉슨, 분자들이 서로 독립적으로 움직일 수 있다는 의미이다. 공기가 그렇듯이, 대부분의 기체들은 무색이다. 기체 입자들은 퍼져서 공간을 가득 채우려는 성질이 있다. 이것을 유식한 말로는 확산이라고 하는데, 방 한쪽에 향수를 뿌리면 향수 냄새가 시간이 지남에 따라 방 전체로 퍼지는 것은 바로 이 때문이다. 액체나 고체에 비해 기체는 밀도와 점성이 굉장히 낮다. 대부분의 기체는 무색이기 때문에 눈으로 직접 관찰할 수는 없다. 하지만 기체의 밀도, 부피, 온도, 압력을 측정하는 것은 가능하다.

압력

• 이 부분의 본문은 압력입니다.

압력은 어떤 물질에 가해지는 힘의 크기를 의미한다. 기체는 분자와 분자 사이에 틈이 많기 때문에 기체에 압력을 가하면 이 분자 사이의 틈이 줄어들어 기체의 부피가 줄어들게 된다. 이를 수학적으로 정리해 놓은 것이 바로 보일의 법칙이다.

온도

• 이 부분의 본문은 온도입니다.

온도는 기체가 얼마나 뜨겁거나 차가운지를 측정한 것이다. 일상생활에서는 섭씨(℃) 단위로 측정하는 것이 일반적이나, 과학 분야에서는 켈빈(K, 절대온도)으로 측정한다. 기체의 온도가 높을수록 기체 분자들은 더 빠른 속도로 운동하므로 분자간의 충돌이 더 자주 일어난다. 분자간의 충돌은 에너지를 만들며, 이 에너지는 열의 형태로 방출된다. 이 열에너지는 다시 주위의 다른 분자들에 흡수되어 운동에너지로 변환되어 주위 분자들의 운동속도가 더 빨라지게 되어 전체적으로 기체가 골고루 뜨거워지게 만든다.

상태변화

기체는 두 가지 종류의 상태변화를 할 수 있다. 먼저 액체가 어느정도 이상 차가워지면 응결되어 액체로 변한다. 일반적으로 기체는 액체로 변화한 뒤에 응고되어 고체가 된다. 하지만 경우에 따라 기체가 승화 과정을 통해 액체 과정을 거치지 않고 바로 고체가 되기도 한다. 겨울철에 땅에 내리는 서리는 바로 이 과정을 통해서 생긴 것이다. 즉, 공기 중의 수증기(기체)가 굉장히 차가운 땅을 만나서 승화 과정을 통해 바로 얼음(고체)이 된 것이다.