원자는 너무 작아서 하나씩 세기 어렵기 때문에, 6.022×10²³개를 1몰이라는 묶음 단위로 다뤄요.
몰 수는 입자 수, 질량, 표준상태 기체 부피와 연결되어 있어요.
원자량에 g을 붙이면 1몰의 질량이 되고, STP에서 기체 1몰은 22.4 L예요.
몰 수와 원소를 바꾸면 입자 수·질량·부피의 몰 삼각형 관계가 보여요.
직관 도입: 왜 '몰'이라는 단위가 필요한가?
저울에 올린 그램과 눈에 안 보이는 입자 개수는 한 줄로 만나지 않으면 반응식을 개수비로 읽을 길이 없다. 원자를 하나씩 세는 일은 불가능에 가깝기 때문에, 묶음의 크기를 아보가드로 수 N_A로 먼저 고정한 뒤에야 질량과 표준상태 부피 쪽으로 다리를 놓을 수 있다. 같은 몰수면 입자 수는 같고 질량은 몰질량 M을 곱한 만큼만 달라지므로, 몰은 질량의 별명이 아니라 개수를 묶는 단위다. 물 18 g을 1 mol로 두는 규칙도 그 묶음이 분자량에 g을 붙인 값과 같다는 뜻이지, 그램 자체가 몰은 아니다.
💡 비유: 연필 한 다스, 종이 한 연
①연필 12자루를 '1다스'라 부르듯
②종이 500장을 '1연'이라 부르듯
③원자 6.022×10²³개를 '1몰'이라 부른다
④원자는 너무 작아서 1개씩 세면 불가능: 묶음 단위가 필요
⑤1 mol의 물 분자 = 물 18 mL (약 1큰술!): 거시적 세계와 미시적 세계를 연결하는 다리
아보가드로 수와 몰
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몰 수에 따른 입자 수 변화 시각화
첫 그림은 몰 수 n을 0.5 mol에서 3.0 mol까지 바꿀 때 점의 개수가 늘어나는 격자이고, 위쪽 숫자에는 n mol을 N_A배로 환산한 개수가 적혀 있다. 둘째 그림은 H, C, O, Fe를 고를 때마다 저울 위 원자 무늬와 1 mol 질량이 1 g, 12 g, 16 g, 56 g으로 바뀌는 자리다. 셋째 그림은 위쪽에 몰, 왼쪽에 질량, 오른쪽에 입자 수를 둔 삼각형이라서 ×M과 ÷M, ×N_A와 ÷N_A가 변을 따라 적혀 있고, 아래에는 V = n × 22.4 L (STP)가 붙어 있다. 두 슬라이더는 따로라서, 점을 늘리는 축과 원소를 바꾸는 축을 섞어 읽지 않아도 된다.
1 mol
몰과 입자 수
n = NNA
n: 몰 수, N: 입자 수, NA = 6.022×10²³ /mol
🔍 N_A는 얼마나 큰 수인가?
①6.022×10²³개의 쌀알 = 지구 전체를 약 1 km 두께로 덮는 양
②1초에 1억 개씩 세면 약 190억 년이 걸린다
③이렇게 엄청난 수를 '1 mol'이라는 한 단위로 다룬다
④화학에서 반응비는 개수비 = 몰 수비
몰 질량: 원자량과의 연결
원자량 숫자 뒤에 g만 붙이면 그것이 곧 질량의 단위라고 믿기 쉽다. 그 숫자는 1 mol의 질량을 주는 다리일 뿐이고, 지금 손에 든 그램을 몰로 바꾸려면 반드시 M으로 나누어야 한다. 기체 부피를 같은 삼각형에 올려둘 때도 0°C, 1 atm이 맞을 때만 22.4 L가 1 mol과 짝이 되고, 온도와 압력이 어긋나면 그 눈금을 그대로 옮기면 안 된다. 입자 수 N은 N_A로 나누고 질량 m은 M으로 나누며 부피 V는 조건이 맞을 때만 22.4로 나누는 세 갈래를, 어느 칸에 서 있는지로 먼저 표시하는 편이 안전해요.