화학의 언어: 몰

왜 '몰'이라는 묶음이 필요한가

반응식은 입자가 몇 개씩 만나는지를 적지만, 실험실에서 손에 쥘 수 있는 것은 저울에 오른 그램뿐이다. 이 둘을 잇지 못하면 2H₂ + O₂ → 2H₂O 라는 식을 들고도 수소를 몇 g 넣어야 하는지 정할 수 없다. 원자를 하나씩 셀 수는 없으니 먼저 묶음의 크기를 아보가드로 수 N_A 로 정해 두고, 그 묶음 하나가 몇 g 인지를 원소마다 적어 두는 방식이 몰이다. 같은 몰수라면 원소가 달라도 입자 수가 같고 질량만 몰 질량 M 만큼 달라진다. 그래서 몰은 질량의 다른 이름이 아니라 개수를 세는 단위이고, 물 18 g 이 1 mol 인 것은 물 분자 N_A 개의 질량이 18 g 이기 때문이다.

아보가드로 수와 몰

첫 그림에서 점 40개를 묶은 점선 상자 하나가 1 mol 이다. 슬라이더로 몰수를 0.5 mol 에서 3.0 mol 까지 올리면 상자가 하나씩 채워지고, 위쪽에는 그 몰수에 N_A 를 곱한 실제 입자 수가 적힌다. 둘째 그림의 왼쪽 접시에는 고른 원소와 상관없이 원자가 늘 같은 개수만큼 올라가 있고, 오른쪽 막대는 그 같은 개수의 질량이 H 1 g, C 12 g, O 16 g, Fe 56 g 으로 다르다는 것을 나란히 놓는다. 셋째 그림은 몰을 꼭짓점 위에, 질량과 입자 수를 아래 양쪽에 두고, 변을 따라 몰에서 나가는 쪽에는 × M 과 × N_A 를, 몰로 들어오는 쪽에는 ÷ M 과 ÷ N_A 를 적었다.

몰 질량: 원자량과의 연결

흔한 실수는 원자량 숫자 뒤에 g 만 붙이면 그것이 지금 가진 물질의 질량이라고 여기는 것이다. 그 숫자는 1 mol 의 질량일 뿐이어서, 손에 든 36 g 의 물이 몇 mol 인지 알려면 18 g/mol 로 나누어야 한다. 기체 부피도 마찬가지로 22.4 L 는 0 ℃, 1 기압일 때만 1 mol 과 짝이 되고, 25 ℃ 의 실온에서는 같은 1 mol 이 약 24.5 L 를 차지하므로 조건이 다르면 그 눈금을 그대로 옮길 수 없다. 계산을 시작하기 전에 주어진 양이 입자 수인지, 질량인지, 기체 부피인지부터 확인하고 각각 N_A, M, 22.4 L 로 나누어 몰로 바꾸면 길을 잃지 않는다.

몰을 잇는 세 갈래 길

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