다음 기체들 중 25°C, 1 atm에서 Graham의 확산 법칙에 따라 확산 속도가 가장 빠른 것은? (원자량: H=1, C=12, N=14, O=16, F=19)

Graham의 확산 법칙에 따르면 확산 속도는 분자량의 제곱근에 반비례한다(r ∝ 1/√M). 따라서 분자량이 가장 작은 기체가 가장 빠르게 확산된다. CH₄의 분자량은 16으로 가장 작으므로 확산 속도가 가장 빠르다. SF₆(분자량 146)는 분자량이 가장 커서 확산 속도가 가장 느리다.

핵심 해설 이 문제는 Graham의 확산 법칙(Graham's Law of Effusion/Diffusion)을 기체 분자량과 확산 속도의 관계를 이해하고 있는지 평가하는 기본적인 계산형 문제예요. 약제학에서 기체의 확산은 분무제(Aerosol)나 흡입제(Inhalation)의 입자 거동을 이해하는 데도 연결되는 개념이니 꼭 알아두세요. 1. 핵심 개념 분석 (Key Concept) Graham의 확산 법칙: 일정한 온도와 압력에서 기체의 확산 속도(r)는 그 기체의 분자량(M)의 제곱근에 반비례합니다. 즉, 수식으로 나타내면 r ∝ 1/√M 입니다. 분자량이 작을수록 기체 분자는 더 가볍고 빠르게 움직이므로 확산 속도가 빨라집니다. 2. 정답 근거 (Answer Rationale) 보기들 중 가장 분자량이 작은 기체는 메탄(CH₄)으로 분자량이 16입니다. 따라서 Graham의 법칙에 따라 확산 속도가 가장 빠릅니다. 핵심! 분자량 계산 시 원자량을 정확히 합산하는 것이 중요해요. (C:12 + H:1x4 = 16) 3. 오답 분석 (Distractor Analysis) - 혼동 주의! ②번 질소(N₂, 분자량 28)는 메탄보다 무거워 확산 속도가 느립니다. 공기의 주성분이라는 점만 기억하면 혼동을 피할 수 있어요. - ③번 산소(O₂, 분자량 32)는 질소보다 무거워 확산 속도가 더 느립니다. - 혼동 주의! ⑤번 이산화탄소(CO₂, 분자량 44)는 메탄보다 훨씬 무거워 확산 속도가 느립니다. 식물의 광합성과 관련된 기체라는 점은 잊지 마세요. - ④번 육불화황(SF₆, 분자량 146)은 분자량이 가장 커서 확산 속도가 가장 느립니다. 절연 가스나 불활성 기체로 사용되는 점을 참고하세요. 4. 연관 개념 정리 (Related Concepts) Graham의 법칙은 기체의 분자량 차이를 이용한 기체 분리(예: 우라늄 동위원소 농축)나, 약물 흡입제의 폐 내 침착 깊이와 속도에 영향을 미치는 입자 크기 및 확산 계수를 이해하는 데 응용됩니다. 특히 약제학에서는 Fick의 확산 법칙(Fick's Law of Diffusion)과 함께 약물의 방출 및 흡수 속도를 예측하는 데 사용되므로, 두 법칙을 연결 지어 공부하는 것이 좋습니다. 개념 정리 Graham의 확산 법칙: r ∝ 1/√M (온도와 압력이 일정할 때)
분자량이 작을수록 확산 속도가 빠르고, 분자량이 클수록 확산 속도가 느립니다. 확산 속도는 분자량의 제곱근에 반비례한다는 점을 반드시 기억하세요. 한눈에 비교!

기체	화학식	분자량	확산 속도 (상대적)
메탄	CH₄	16	가장 빠름 (1위)
질소	N₂	28	중간
산소	O₂	32	중간
이산화탄소	CO₂	44	느림
육불화황	SF₆	146	가장 느림 (5위)

암기 팁 "확산 속도는 가벼울수록 빠르다!"
"기체가 가벼우면(M↓) 확산이 빠르다(r↑)"라는 공식으로 기억하세요. 분자량이 16인 메탄이 가장 빠르고, 146인 육불화황이 가장 느립니다. 원자량을 모두 외우기보다는, 주어진 원자량을 보고 직접 계산하는 연습을 해두는 것이 국시에서 유리해요. 국시 빈출 포인트 Graham의 법칙은 단순 분자량 비교뿐만 아니라, "두 기체의 확산 속도 비율"을 계산하거나, "확산 속도로 분자량을 역산"하는 문제로도 출제될 수 있습니다. 예를 들어, "어떤 기체의 확산 속도가 산소의 2배일 때 이 기체의 분자량은?"과 같은 응용 문제를 풀어보는 것이 좋아요. 기출 변형 주의! 약제학 문제로 변형되어 "Fick의 확산 법칙"과 "Graham의 확산 법칙"을 비교하는 문제나, "확산 속도가 다른 두 기체를 혼합할 때 농도 구배가 어떻게 형성되는지"를 묻는 응용 문제가 출제될 수 있으니 주의하세요.

약국/임상 실무 가이드 이 개념은 약국에서 직접적으로 사용되기보다는, 약물의 물리화학적 성질을 이해하는 기초 지식으로 활용됩니다. 임상 시나리오 (Clinical Scenario) 약국에서 만성폐쇄성폐질환(COPD) 환자에게 흡입제(Inhaler)를 복약지도하는 상황을 생각해봅시다. 환자가 "이 약이 폐 깊숙이 잘 들어가나요?"라고 물어봅니다. 복약지도 및 중재 전략 (Counseling & Intervention) 약물 입자가 폐 깊숙이 도달하는 능력은 입자의 크기(Aerodynamic diameter)와 밀접한 관련이 있습니다. Graham의 법칙은 기체 분자의 확산 속도를 설명하지만, 흡입제의 경우 에어로졸 입자의 침전(Sedimentation)과 확산(Diffusion)이 주요 침착 기전입니다. 매우 작은 입자(약 0.5~3μm)는 폐포까지 도달하여 브라운 운동(Brownian motion)에 의해 확산되어 침착됩니다. 핵심! 따라서 흡입제의 입자 크기가 약물의 폐 내 분포와 치료 효과에 직접적인 영향을 미칩니다. 약사는 환자에게 올바른 흡입 방법(깊고 천천히 숨 들이마시기, 숨 참기 등)을 교육하여 약물이 폐 깊숙이 전달될 수 있도록 도와야 합니다. 환자 안전 및 주의사항 (Precautions) 흡입제 사용 후에는 반드시 입을 헹구도록 교육하여 구강 내 침착으로 인한 국소 부작용(구내 칸디다증, 쉰 목소리 등)을 예방해야 합니다. 약물의 확산과 침착 기전을 이해하면 복약지도의 과학적 근거를 설명할 수 있어 환자의 순응도를 높일 수 있습니다. 선배 약사의 한마디 "약제학에서 배우는 Graham의 법칙 같은 기초 과학 원리는 겉보기에 약국 업무와 동떨어져 보일 수 있어요. 하지만 흡입제의 입자 동역학이나 경피 흡수 패치의 약물 방출 메커니즘을 이해하는 바탕이 됩니다. '이 약이 왜 이렇게 설계되었을까?'를 고민하는 습관이 진정한 전문 약사를 만드는 첫걸음입니다."