단원자 분자

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1. 개요
2. 비활성 기체
3. 열역학적 특성
참조

1. 개요

단원자 분자는 하나의 원자로만 구성된 분자를 의미한다. 표준 온도 및 압력에서 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈과 같은 비활성 기체가 단원자 분자로 존재한다. 이들은 최외각 전자껍질이 채워져 있어 반응성이 낮다. 단원자 기체의 열역학적 특성으로, 단일 원자의 운동 에너지는 3/2kBT이며, 1몰의 에너지는 3/2RT이다. 단열 과정에서 이상적인 정압비열비는 5/3이다.

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단원자 분자
개요
종류	기체
구성	원자핵과 전자
상호작용	약한 상호작용 강한 상호작용 전자기 상호작용 중력 상호작용
전하	0
짝입자	반헬륨 등
기본 정보
정의	자유 원자로 구성된 기체

2. 비활성 기체

비활성 기체는 표준 온도 및 압력(STP)에서 안정적인 단원자 분자로 존재하는 유일한 화학 원소이다. 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈이 이에 해당한다.^[2] 비활성 기체는 최외각 전자껍질이 완전히 채워져 있어 화학 반응성이 매우 낮다.^[2] 역사적으로는 완전히 불활성 기체로 알려졌으나, 네온과 헬륨을 제외한 다른 비활성 기체 화합물이 합성되었다.^[3]

동핵 이원자 기체(예: 질소)와 함께 분류할 때, 비활성 기체는 분자이기도 한 화합물과 구분하기 위해 "원소 기체"라고 부른다.

3. 열역학적 특성

등분배 정리에 의해, 열역학적 온도 ''T''에서 단원자 기체의 단일 원자의 운동 에너지는 3/2k_BT로 주어진다. 여기서 k_B는 볼츠만 상수이다. 1몰의 원자는 아보가드로 수(N_A)만큼의 원자를 포함하므로, 단원자 기체 1몰의 에너지는 3/2k_BTN_A = 3/2RT이다. 여기서 ''R''은 기체 상수이다.^[4]^[5]^[6]

단열 과정에서 단원자 기체는 이상적인 ''γ''-인자(C_p/C_v)가 5/3인 반면, 상온에서 회전(진동은 아님)도 기여하는 이상적인 이원자 기체의 경우 7/5이다.

참조

_[1] 웹사이트 monatomic gas http://www.britannic[...] Encyclopædia Britannica 2016-06-06
_[2] 논문 Ein Pionier oder mehrere Pioniere? Die Entdeckung der Edelgas-Verbindungen 1988-04-01
_[3] 논문 A Renaissance in Noble Gas Chemistry http://onlinelibrary[...] 2001-04-17
_[4] 웹사이트 Heat Capacity of an Ideal Gas http://physics.bu.ed[...]
_[5] 웹사이트 Heat Capacity of Ideal Gases https://ccrma.stanfo[...]
_[6] 웹사이트 Lecture 3: Thermodynamics of Ideal Gases & Calorimetry http://depts.washing[...] 2018-02-00 #날짜 정보가 부정확하여 00으로 처리
_[7] 문서 IUPAC recommendation의 "molecule"의 정의에 따르면, 단원자의 화학종은 분자가 아니다.

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