화학의 기초, 화학양론 (4)원자량과 Mol

안녕하십니까 공대생입니다.

지난 포스팅에 이어 이번 포스팅에선 원자를 세는 단위인 mol을 이해하는 시간을 가져보도록 하겠습니다.

다양한 화학 반응이 일어남에 따라 물질은 사라지거나 없어집니다.

이것을 더 쉽게 이해하고 나타내기 위해서 화학 양론(Chemical Stoichiometry) 를 도입해야 합니다.

화학 반응을 더 쉽게 이해하기 위한 단위 정립이라고 생각하시면 편합니다.

1. 원자 질량

원자의 질량을 이해하기 위해 몇 가지 정리해야 할 이야기가 있습니다.

양성자, 중성자, 전자의 질량비교

양성자와 중성자는 실제로 매우 유사한 질량을 가지므로 원자핵의 질량은 양성자와 중성자 개수를 통해 상대적으로 나타낼 수 있겠습니다.

그리고 전자의 질량은 양성자와 중성자에 비해 매우 작은 값을 가지기 때문에 무시해도 됩니다.

따라서 원자의 질량은 원자핵의 질량으로 생각해도 되고 원자핵의 질량은 중성자와 양성자의 갯수로 표현이 가능합니다.

이전 포스팅에서 다루었던 것처럼 자연계에는 중성자 갯수가 서로 다른 동위원소가 있었습니다.

같은 원소일지라도 중성자 때문에 이들의 질량은 서로 다릅니다.

그러나 동위원소는 안정하지 않은 상태라고 이해했듯이, 자연계에 존재하는 비율이 다릅니다.

따라서 원소의 질량을 따지기 위해서 평균질량을 구하는 작업을 해야 합니다.

단순하게 원자의 질량과 존재 비율을 곱하여 평균 질량을 구해서 각 원소의 질량을 구할 수 있습니다.

주기율표를 살펴보면 원소의 질량이 모두 소수점으로 나타난 것을 확인할 수 있는데, 화학자들이

각 원소들의 질량과 존재 비율을 따져 평균을 내어 나타낸 것이라고 생각하시면 됩니다.

중성자와 양성자의 갯수를 우리는 원자량이라고 합니다.

2. 몰 (Mol)

위의 그림을 보시면 양성자와 중성자의 무게는 10의 -27제곱 Kg으로 나타내진 것을 볼 수 있습니다.

따라서 우리가 흔히 사용하는 단위인 g, Kg당 원자의 개수를 따지게 되면 너무 큰 숫자가 나와 불편합니다.

이를 해결하기 위해 새로운 단위인 Mol을 적용하게 된 것입니다.

결론부터 말하면 어떤 물질 1mol에는 6.022×1023 개의 원자가 들어 있습니다.

이 값은 탄소를 기준으로 세워진 것인데, 탄소는 12.01의 원자량을 가지는데, 탄소 원자 하나의 질량을 구해 12.01g의 탄소 시료에 몇개의 원자가 들어있는지 계산하여 얻어진 값입니다.

이러한 작업을 한 학자의 이름을 따 6.022×1023은 아보가드로 숫자 라고도 합니다.

서로 다른 원소들의 원자 무게는 서로 다르므로 1mol만큼의 물질이더라도 다른 무게를 가집니다.

물질의 무게를 재는 것은 매우 쉽지만, 그 안에 “몇 개”의 입자가 들어있는지를 측정하긴 어렵습니다.

그러나 내가 무게를 잰 물질의 원자량 혹은 분자량만 안다면 몇 개의 입자가 들어있는지를 쉽게 알 수 있습니다. 이를 통해서 복잡한 화학 반응에서 입자들의 양을 더 쉽게 파악할 수 있는 의미가 있겠습니다.

이번 포스팅에서 살펴본 내용은 아주 작은 숫자를 다루는 화학의 특성상 정의하게 된 새로운 단위, mol입니다.

감사합니다.

공대생 드림.

답글 남기기