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단원의 배경지식 모을 때 이용하는 가장 쉬운 방법 중 하나이다.

산소와 이산화 탄소의 발견 하방 치환은 물에 잘 녹는 기체 중에서 공기보다 무
18`세기에 이르러서 공기에 대한 본격적인 연구가 거운 기체를 포집하는 방법이다. 생성된 기체가 유리
관이나 고무관을 통해 집기병과 같은 유리 기구 안으로
이루어졌다. 라부아지에(Lavoisier, A.L., 1743￣
1794)가 1775`년 연소에 관한 정량적 실험을 통하여 가 들어가게 한다. 이산화 탄소는 주로 하방 치환으로 포
연성 물질과 산소가 결합한다는 사실을 증명함으로써 집을 하지만 이단원에서 수상 치환을 하는 까닭은 눈에
근대 화학으로 전환되는 계기가 되었다. 보이지 않는 이산화 탄소가 포집된 것을 확인하기 위해
서이다.
•산소의 발견
산소는 프리스틀리(Priestley, J., 1733￣1804)가
발견하였다. 프리스틀리는 산화 수은을 가열하여 기체
를 발생시켰다. 이 기체를 용기에 모은 후 촛불과 쥐를
각각 넣었더니 촛불이 격렬하게 연소하였으며, 쥐가 활
▲ 수상 치환 ▲ 상방 치환 ▲ 하방 치환
발히 운동하는 것을 알게 되었다. 처음에 프리스틀리는
이 기체를 ‘탈플로지스톤 공기’라고 불렀다. 이후에 라
기체의 온도와 부피의 관계
부아지에가 여러 가지 실험을 통해 프리스틀리의 발견
압력이 일정할 때 일정한 양의 기체를 가열하여 온도
을 확인하고 이 기체를 산소라고 명명하였다.
가 높아지면 기체의 부피는 커지고, 온도가 낮아지면
•이산화 탄소의 발견
기체의 부피는 작아진다.
이산화 탄소는 블랙(Black, J., 1728￣1799)이 발
일정한 압력에서 일정한 양의 기체의 부피는 기체의
견하였다. 산화 칼슘에 약염기인 탄산 나트륨이나 탄산
종류에 관계없이 온도가 1`*C 높아질 때마다 0`*C일 때
칼륨을 반응시키면 산화 칼슘의 질량이 감소한다는 것
/씩 커지는데, 이를 샤를 법칙이라고 한다.
부피의 1273
을 발견했고, 이는 이산화 탄소가 발생했기 때문임을
알게 되었다. 또, 탄산 마그네슘을 가열하면 이산화 탄 0`*C일 때 기체의 부피를 V_0, t`*C일 때 기체의 부피
소가 발생하기 때문에 질량이 감소한다는 사실도 알아 를 V라고 하면 V와 t 사이의 관계식은 다음과 같다.
냈다. t V_0
V=V_0+V_0\ = (273+t)
273 273
기체 포집 방법 V_0
이때 273+t를 T(절대 온도)라고 하고, 를
•수상 치환 273
k(비례 상수)라고 하면 V와 T 사이의 관계식은 다음과
수상 치환은 물에 잘 녹지 않는 기체를 물속에서 포
같다.
집하는 방법이다. 물을 가득 채운 집기병에 기체를 포
집하면 기체가 포집된 만큼 집기병 안의 물의 높이가 V=kT
낮아진다. 따라서 수상 치환을 하면 포집된 기체의 양
을 쉽게 알 수 있다. 즉, 기체의 부피는 절대 온도에 비례한다. 압력이 일
정할 때 온도에 따른 기체의 부피 변화를 그래프로 나타
•상방 치환과 하방 치환
내면 다음과 같다.
공기보다 가볍거나 무거운 기체를 포집하는 방법이
부 부
다. 공기보다 가볍거나 무겁다는 것은 공기의 밀도보다 피 피
( (
작거나 크다는 것을 뜻하지만, 교육과정 수준에 따라 L ) L )
2Vº 2V
학생들에게는 무게로 설명한다. Vº V
상방 치환은 물에 잘 녹고 공기보다 가벼운 기체를
포집하는 방법이다. 기체를 포집할 집기병과 같은 유리 -273 0 273 온도(#) 0 273 546 온도(K)
기구는 반드시 거꾸로 해야 한다. 상방 치환은 기체를 ▲ 기체의 온도와 부피 관계

154 제 2 부 지도의 실제