화학에서 몰이란 무엇일까요?

다스처럼 쓰는 세는 단위

사람들은 물건을 묶음으로 셀 때 쓰는 특별한 말이 있습니다. 한 쌍은 2개, 한 다스는 12개, 종이 한 연은 500장입니다. 원자는 하나씩 세기에는 너무 작고 너무 많기 때문에 화학자들에게도 묶음을 나타내는 말이 필요합니다. 그 단위가 몰이며 mol로 씁니다.

무엇이든 1몰에는 입자가 6.022 × 10²³개, 즉 602,200,000,000,000,000,000,000개 들어 있습니다. 입자는 원자, 분자, 이온이 될 수 있으므로 무엇인지 밝히는 것이 좋습니다. 물 1몰은 물 분자 6.022 × 10²³개를 뜻합니다.

이 수가 얼마나 큰지 느껴 보려면, 쉬지 않고 1초에 입자 하나씩 센다고 상상해 보세요. 1몰까지 세는 데에는 약 1경 9천조 년이 걸리며, 이는 우주 나이의 100만 배가 넘습니다.

아보가드로 수

6.022 × 10²³이라는 수는 이탈리아의 과학자 아메데오 아보가드로를 기리어 아보가드로 수 또는 아보가드로 상수라고 부릅니다. 원래는 탄소-12 원자 1몰의 질량이 12 그램이 되도록 정한 수였습니다. 2019년부터는 그 값이 정확히 6.02214076 × 10²³으로 고정되었지만, 거의 모든 문제에서는 6.022 × 10²³이면 충분히 정확합니다.

몰 질량: 주기율표에서 그램으로

원소의 몰 질량은 그 원자 1몰의 질량이며 몰당 그램(g/mol)으로 나타냅니다. 주기율표의 원자량과 같은 수입니다. 탄소의 원자량은 12.011이므로 탄소 원자 1몰의 질량은 12.011 g입니다. 산소의 원자량은 15.999이므로 산소 원자 1몰의 질량은 15.999 g입니다.

화합물은 화학식 속 모든 원자의 몰 질량을 더합니다. 물(H₂O)은 수소 원자 2개와 산소 원자 1개이므로 2 × 1.008 + 15.999 = 18.015 g/mol입니다. 이산화 탄소(CO₂)는 12.011 + 2 × 15.999 = 44.009 g/mol입니다. 식탁용 소금(NaCl)은 22.99 + 35.45 = 58.44 g/mol입니다.

6C탄소12.011

그램을 몰로 바꾸기

그램으로 나타낸 질량을 몰로 바꾸려면 몰 질량으로 나눕니다. 몰 = 질량 ÷ 몰 질량. 그램이 약분되어 몰만 남으므로, 올바른 방향으로 나누었는지 확인하기에 좋은 방법입니다.

풀이 예: 물 한 컵 정도인 250 g에는 몇 몰이 들어 있을까요? 물의 몰 질량은 18.015 g/mol이므로 250 ÷ 18.015 = 13.88 mol이며, 소수점 둘째 자리까지 반올림한 값입니다.

분자의 수를 구하려면 몰에 아보가드로 수를 곱합니다. 13.88 × 6.022 × 10²³ ≈ 8.36 × 10²⁴이므로, 한 컵에는 물 분자가 약 8.36 × 10²⁴개 있습니다.

몰을 그램으로 바꾸기

반대로 가려면 몰의 수에 몰 질량을 곱합니다. 질량 = 몰 × 몰 질량.

풀이 예: 식탁용 소금 2.5 mol의 질량은 얼마일까요? 2.5 mol × 58.44 g/mol = 146.1 g입니다. 또 하나: 이산화 탄소 0.5 mol의 질량은 얼마일까요? 0.5 mol × 44.009 g/mol = 22.00 g이며, 이 양에는 0.5 × 6.022 × 10²³ = 3.011 × 10²³개의 분자가 들어 있습니다.

몰을 다리라고 생각해 보세요. 그램을 몰 질량으로 나누어 몰을 얻고, 몰에 6.022 × 10²³을 곱해 입자의 수를 얻습니다. 입자에서 그램으로 되돌아가려면 반대 단계를 거꾸로 순서대로 하면 됩니다.