최종 업데이트: 2026-06-16

기체의 밀도는 단위 부피당 질량이며, 고체나 액체와 달리 기체는 압축성이 매우 커서 압력과 온도에 따라 밀도가 크게 달라진다. 이 계산기는 압력, 몰질량, 온도로부터 이상 기체의 밀도를 구한다. 화학량론, 기체가 공기 중에서 떠오를지 가라앉을지를 비교하는 일, 그리고 기체를 물리적 조건을 통해 간접적으로 측정해야 하는 모든 상황에 쓰인다.

이상 기체 법칙에서 밀도로

이상 기체 법칙 $PV = nRT$에서 출발하여 몰수를 질량을 몰질량으로 나눈 값 $n = m/M$으로 대입한다. 단위 부피당 질량으로 정리하면 다음과 같다.

$\rho = \frac{m}{V} = \frac{PM}{RT}$

압력 $P$를 기압, 몰질량 $M$을 g/mol, 온도 $T$를 켈빈으로 하고 $R = 0.08206\ \mathrm{L\cdot atm/(mol\cdot K)}$를 쓰면 밀도가 리터당 그램으로 나오며, 이는 세제곱미터당 킬로그램과 같다.

예제

이산화탄소($M = 44.01\ \mathrm{g/mol}$)가 표준 온도와 압력, 즉 $1\ \mathrm{atm}$과 $273.15\ \mathrm{K}$에 있을 때를 보자.

이는 같은 조건의 공기 밀도(약 1.29 g/L)보다 훨씬 높으며, 이산화탄소가 낮은 곳에 고이는 이유가 여기에 있다.

밀도가 조건에 의존하는 이유

밀도는 압력에 정비례하고 절대 온도에 반비례한다. 기체를 압축하거나 냉각하면 분자가 더 가까이 모여 밀도가 커지고, 가열하거나 압력을 낮추면 흩어진다. 몰질량은 기준선을 정한다. 온도와 압력이 일정하면 모든 기체가 리터당 같은 수의 분자를 담으므로 분자가 무거울수록 기체가 더 조밀하다. 표준 상태에서 유용한 지름길은 1몰이 22.41리터를 차지한다는 것이며, 따라서 $\rho = M/22.41$이다.

압력, 부피, 온도 사이의 바탕 관계는 이상 기체 상태 방정식와 결합 기체 법칙를 참고한다. 가벼운 기체는 밀도가 낮으므로 더 빠르게 확산되며, 이는 그레이엄 분출 법칙 계산기로 정량화된다.