기체

기체(Gas)는 물질이 일반적으로 가질 수 있는 네 가지 상태인 고체, 액체, 기체, 플라스마 가운데 하나이다.

기체는 고체나 액체에 비해 밀도가 낮고, 일정한 모양과 부피를 갖지 않는다. 일정한 모양과 부피를 가지지 아니하기 때문에, 기체는 어떤 형태의 용기에도 넣을 수 있으며, 한번 용기 안에 들어가면 용기 안에서 기체 분자들이 확산하여 용기 안을 가득 채운다.

아래 그림과 같이 분자 수준에서 미시적으로 기체, 액체, 고체 상들을 비교해 보면, 고체나 액체를 이루는 분자나 원자들은 서로 매우 가까운 거리를 유지하고 있는 것이 반해, 기체를 이루는 분자나 원자들은 서로 떨어져 있으며 그 사이 거리가 매우 크다. 따라서 기체는 고체나 액체에 비해서 밀도가 매우 낮고, 일정한 형태를 가지지 않으며 압축 또는 팽창시키기도 쉽다. 기체는 또한 입자 사이의 거리가 매우 멀기 때문에, 색이 없거나 연한 색을 띄며 투명하다.

물질의 3가지 상태

 

개요

기체(gas)라는 단어는 17세기 반 헬몬트(Jan Baptista van Helmont)가 처음 사용하였다. 아마도 카오스라는 단어와 발음이 비슷하게 만들어졌거나, 영혼이나 유령을 뜻하는 gahst (or geist)에서 유래한 것으로 추측된다.

기체는 불활성 원소인 네온(Ne)등의 사례에서 볼 수 있듯이 개별 원자들로 이루어질 수도 있으으며, 한 가지 또는 다수의 원소들로 이루어진 분자들로 이루어질 수도 있다. 예를 들어 산소 기체의 경우엔 산소 원자 두 개가 결합한 산소 분자(O₂)들이 기체를 이루며, 이산화탄소 기체의 경우 탄소 원자 하나와 산소 원자 두 개가 결합한 이산화탄소 분자(CO₂)들이 기체를 이룬다. 이렇게 한 종류의 원자나 분자로 이루어진 순수 기체들은 서로 섞여서 기체 혼합물을 이룰 수도 있는데, 대기가 대표적인 예이다.

표준 온도 압력(0 oC 1 기압, Standard Temperature and Pressure)에서 안정적인 단원자 또는 단분자 기체를 기본 기체(elemental gas)라고 부른다. 수소(H₂) 기체, 질소(N₂) 기체, 산소(O₂) 기체, 할로겐족인 불소(F₂) 기체, 염소(Cl₂) 기체가 단분자 기체들이며, 단원자 기체들로는 불활성 기체인 헬륨(He) 기체, 네온(Ne) 기체, 아르곤(Ar) 기체, 크립톤(Kr) 기체, 제논(Xe) 기체, 라돈(Rn) 기체가 있다.

매우 낮은 온도에서는 겹침 상태(degenerate state)에 있는 양자 기체(quantum gas)가 형성될 수 있으며, 양자 기체의 성질은 일반적인 상태에서 관찰되는 기체의 성질과 매우 다르다. 즉, 원자로 이루어진 기체가 매우 낮은 온도에서 매우 높은 밀도로 존재할 경우 원자의 양자역학적 성질에 따라 보스 기체(Bose gas) 또는 페르미 기체(Fermi gas)로 분류된다.

참고자료

• 〈기체〉, 《화학백과》
• 〈기체〉, 《물리학백과》
• 〈기체〉, 《위키백과》

같이 보기

• 고체
• 액체
• 플라스마

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