공기의 분자량 계산 방법

간혹 가다가 기체의 밀도와 관련된 문제 등에서 공기의 분자량이 계산에 포함이 되어야 하는 경우가 있습니다. 그러면 주어진 조건에서 공기의 분자량을 구해서 적용을 하여야 하는데요, 간략하게 정리를 해봅니다.

 

공기의 분자량 계산 방법

 

공기의 평균분자량 계산하는 방법

 

공기 조성의 질량비가 주어졌을 때

우선 공기 조성의 질량비가 어떻게 되어 있는지 주어진 경우에는 아래와 같이 구할 수 있습니다.

 

공기의 조성비는 w/w% 기준으로 (질량비 기준) 미량의 질소 76.8%, 산소 23.2%로 구성이 됩니다. 아르곤, 이산화탄소, 수증기 등의 미량 기체들은 제외하고 주어지는데, 사실 다른 미량 기체들까지 주어지거나, 공기 조성의 질량비가 숫자가 다르게 주어져도 동일한 방식으로 계산을 하면 됩니다. 여기서 질소와 산소의 분자량이나 원자량 역시 문제에 주어질 것이므로 거기에 맞게 계산을 하면 됩니다.

 

우선 아래와 같이 문제에 조건이 주어졌다고 해봅시다.

 

• 공기 조성 질량비는 질소 76.8%와 산소 23.2%
• 질소는 분자식이 N2이고 분자량은 28g/mol
• 산소는 분자식이 O2이고 분자량은 32g/mol

 

그러면 단순하게 0.768 x 28g/mol + 0.232 x 32g/mol = 28.93g/mol

 

따라서 공기의 분자량은 28.928g/mol

 

공기 조성의 부피비가 주어졌을 때

공기 조성의 부피비가 어떻게 되어 있는지 주어진 경우에는 아래와 같이 구합니다.

 

• 공기 조성 부피비는 질소 79%와 산소 21%
• 질소는 분자식이 N2이고 분자량은 28g/mol
• 산소는 분자식이 O2이고 분자량은 32g/mol

 

여기서 등온, 등압 조건에서 부피비가 곧 입자의 개수비와 같고 이것이 또 몰수비와 동일하게 되므로 아래와 같이 계산이 됩니다. 결국 질량비가 주어졌을 때와 동일한 계산식이 됩니다.

 

0.79 x 28g/mol + 0.21 x 32g/mol = 28.84g/mol

 

따라서 공기의 분자량은 28.84g/mol

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결론은 공기 조성의 질량비가 주어지든, 부피비가 주어지든 등온, 등압 조건을 확인한 다음에 조성에 있는 기체의 분자량과 비율을 각각 곱해서 더해주면 됩니다.

 

만약 포름알데히드(HCHO), 이황화탄소(CS2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 암모니아(NH3) 등의 기체의 비중을 구하는 문제가 나오면 해당 기체의 분자량을 공기의 분자량으로 나누어주면 기체의 비중이 됩니다. 만약 계산한 기체의 비중이 1보다 크다면 공기보다 무겁다는 뜻이 되며 비중이 1보다 작다면 공기보다 가볍다는 뜻이 됩니다.

 

밀도와 비중의 개념은 아래의 링크를 참조하시면 도움이 될 수 있습니다.

 

2023.12.19 - [과학] - 밀도와 비중의 개념

밀도와 비중의 개념

 

그리고, 압축 공기의 밀도는 아래 링크의 계산 방법을 이용하면 됩니다.

 

2024.03.26 - [기타] - 압축 공기의 밀도 계산 방법 (온도와 압력을 알 때)

압축 공기의 밀도 계산 방법 (온도와 압력을 알 때)