몰과 질량

 

앞 글에서는 몰은 원자 개수를 세기 위한 하나의 단위라는 내용을 정리하였습니다.

 

2021.10.08 - [화학 공부] - 일반 화학 : 몰(Mole)이란

일반 화학 : 몰(Mole)이란

 

 이번 글에서는 원자에 따른 몰과 질량이 어떻게 계산되는지에 대해 정리해보았습니다.

 

1몰의 원자개수가 6.022 x 10^23개인 이유

 

이미 알다시피, 탄소 원자의 원자량은 12입니다. (탄소 원자의 원자량(12) = 탄소 원자 양성자 개수(6) + 중성자 개수(6))

 

수소의 원자량은 1, 산소의 원자량은 16이라는 식은 이런 C-12의 원자 질량을 '12'이라는 가정을 기준으로 놓고, 기타 원소의 원자량이 결정된 것입니다.

 

즉, 원자량은 탄소 원소를 기준으로 상대적인 원자 질량을 표현하는 값입니다.

 

 

 

탄소가 원자량의 기준이 되는 이유

탄소가 원자량의 기준이 되었는가에 대해서는 여타 많은 블로그에서 구체적으로 설명을 하고 있기 때문에, 구체적인 설명은 생략하되, 짤막하게나마 정리한다면 아래와 같습니다.

 

1) 자연계에서 쉽게 찾을 수 있는 원소로, 많은 종류의 화합물에 탄소 원소가 포함되어 있으며 

 

2) 동위원소 비율상, C-12의 존재비가 98.9% C-13이 1.1%, C-14 0.1% 미만으로 C-12가 99%에 육박하는 비율을 차지하고 있기 때문에, 원자량(=질량수)과 원자 질량(동위원소들 간의 원자량과 그 존재 비율에 따른 표준 질량) 간 차이가 '12 : 12.01'로 미미하기 때문에 

 

주위에서 흔하게 발견할 수 있으면서도 동위원소 구성비율에 의한 원자질량과 원자량 간의 차이가 미미하여, 원자량의 기준 원소로써 적합하기 때문입니다.

 

이렇게 원자량의 기준된 탄소의 원자량이 12에 g를 붙여 탄소 12g에 있는 탄소 원자의 개수를 계산해보니, 6.022 X 10^23개라는 값이 도출되게 된 것입니다. 

 

즉, '1몰(mol) = 원자량 12짜리 탄소 12g에 있는 탄소 원자의 개수'라 정리할 수 있습니다.

 

또한, 앞에서 '원자량은 탄소 원소를 기준으로 상대적인 원자질량을 표현하는 값'이라는 정의를 이용하여,

 

수소 원자 1몰(mol)은 수소 원자 1g에 들어있는 수소원자의 개수이며 그 개수는 6.022 x 10^23개다라는 결론이 도출됩니다. 마찬가지로 산소 원자 1몰(mol)은 산소 원자 1g에 들어있는 산소 원자의 갯수이며, 그 개수는 6.022 x 10^23개입니다.

 

 

 

 

 

몰 질량 결정

위의 원소에 따른 원자량과 질량(g)간의 관계를 통해 몰 질량(molar mass)을 구할 수 있는데요.

 

몰 질량이란 원자, 분자 또는 화학식의 1몰(mol)의 질량으로 몰당 그램(g/mol) 단위를 가집니다.

 

원소, 몰 질량을 알아보기 위해서는, 먼저 주기율표 상의 원자 질량을 찾고 그 원소가 일원자인지 또는 분자인지, 혹은 화합물인지를 확인해야 합니다.

 

가령 네온(Ne)의 경우는, 일원자 원소이므로 Ne로 존재하며, 주기율 표상, 원자 질량은 20.18g/mol이므로 네온의 몰 질량은 20.18g/mol입니다.

 

 

산소의 경우, 자연계에서는 O2라고 하는 공기 중에서 이원자 분자상태로 존재하며 주기율 표상 원자 질량은 16g/mol이므로 

 

 

 화합물 또는 화학식에서의 몰 질량은 원소들의 몰 질량을 합해서 구할 수 있습니다.

 

예를 들어, 이산화황(SO2)의 화학식을 보면, SO2 분자 1몰에는 황(S)원자 1 mol과 산소(O) 원자 2 mol이 들어있기 때문에 아래와 같이 몰 질량을 구할 수 있습니다.

 

 

 

 

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