화학 고2 화학의 언어

원자량과 화학식량

Q: 분자량과 화학식량은 어떻게 구분해서 쓰나요?

H2O, CO2처럼 분자로 존재하는 물질은 분자량, NaCl처럼 이온 결정이거나 금속처럼 분자 단위가 없는 물질은 화학식량이라고 합니다. 구하는 방법과 몰 질량으로 바꾸는 방법은 완전히 같습니다.

탄소-12 기준 상대 원자량을 이용하여 화학식량과 몰 질량을 계산한다.

원자량은 탄소-12 원자 하나의 질량을 정확히

12

로 놓고 비교한 원자의 상대적 질량이고, 화학식량은 화학식에 든 모든 원자의 원자량을 더한 값입니다.

원자 하나의 실제 질량은

1 0^{- 23} g

수준이라 그대로 쓰기엔 너무 불편합니다. 그래서 '탄소-12를 12점짜리 기준자'로 삼아 다른 원자가 그 몇 배인지만 적어 둔 것이 원자량입니다.

쉽게 말하면

기준을 탄소-12로 잡으면 수소는 약 $1$ , 산소는 약 $16$ 이 됩니다. 이 값들은 서로의 비율일 뿐이므로 단위가 없습니다. 원자량이 $16$ 인 산소는 '수소보다 16배 무거운 원자'라는 뜻이지 $16 g$ 이라는 뜻이 아닙니다.

주기율표에 적힌 원자량이 대개 딱 떨어지지 않는 이유는 평균 원자량 때문입니다. 자연에 있는 원소는 대부분 질량이 다른 동위 원소가 섞여 있어서, 존재 비율만큼 가중 평균한 값을 원자량으로 씁니다. 염소가 $35.5$ 인 것은 $35.5$ 짜리 염소 원자가 있어서가 아니라, 질량수 $35$ 인 것과 $37$ 인 것이 대략 $3 : 1$ 로 섞여 있기 때문입니다.

화학식량은 화학식에 적힌 대로 원자량을 더하면 됩니다. 물 $H_{2} O$ 는 $1 \times 2 + 16 = 18$ , 염화 나트륨 $NaCl$ 은 $23 + 35.5 = 58.5$ 입니다. 분자로 존재하는 물질의 화학식량은 특별히 분자량이라고 부르지만, 계산하는 방법은 똑같습니다.

여기에 $g/mol$ 이라는 단위를 붙이면 곧바로 몰 질량이 됩니다. 물의 분자량이 $18$ 이므로 물의 몰 질량은 $18 g/mol$ 이고, 이것이 몰(mol)과 아보가드로수로 넘어가는 문입니다. 상대값(원자량)과 실제 무게(몰 질량)를 잇는 다리를 여기서 놓는 셈입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

포도당 $C_{6} H_{12} O_{6}$ 의 분자량

$12 \times 6 + 1 \times 12 + 16 \times 6 = 72 + 12 + 96 = 180$

따라서 포도당의 몰 질량은 $180 g/mol$ 입니다. 포도당 $180 g$ 이 $1 mol$ 이라는 뜻입니다.
예시 2

염소의 원자량이 $35.5$ 인 까닭

$35 \times 0.75 + 37 \times 0.25 = 26.25 + 9.25 = 35.5$

질량수 $35$ 인 동위 원소가 약 $75%$ , $37$ 인 것이 약 $25%$ 섞여 있어 가중 평균이 $35.5$ 가 됩니다. 소수점이 나오는 건 계산 실수가 아니라 자연의 사정입니다.
예시 3

이온 결합 물질에는 '분자량'을 쓰지 않습니다

$NaCl$ 결정 안에는 $N a^{+}$ 와 $C l^{-}$ 가 그물처럼 이어져 있을 뿐 ' $NaCl$ 분자'라는 알갱이가 따로 있지 않습니다. 그래서 $58.5$ 를 분자량이 아니라 화학식량이라고 부릅니다. 계산은 같지만 부르는 이름이 다른 이유입니다.

순서대로 하면

화학식량 구하는 순서

1화학식에서 각 원소의 원자 개수를 셉니다. 괄호가 있으면 괄호 밖 숫자를 안쪽 전체에 곱합니다 — $Ca (OH)_{2}$ 는 $O$ 2개, $H$ 2개입니다.
2주기율표에서 각 원소의 원자량을 찾습니다.
3(원자량) × (개수)를 원소마다 계산해 모두 더합니다.
4이 값에 $g/mol$ 을 붙이면 몰 질량이 됩니다. 화학식량 자체에는 단위를 붙이지 않습니다.

자주 하는 오해

원자량에 단위

g

을 붙이기

이렇게 생각하기 쉬움산소의 원자량은

16 g

이다

실제로는산소의 원자량은 그냥

16

(단위 없음)이고, 몰 질량이

16 g/mol

입니다.

원자량은 '탄소-12의 몇 배인가'를 나타내는 비율이라 단위가 없습니다. 산소 원자 하나의 실제 질량은

16 g

이 아니라 그보다

1 0^{23}

배쯤 작습니다.

16 g

이 되려면 산소 원자가

6.022 \times 1 0^{23}

개, 즉

1 mol

모여야 합니다. 이 구분을 흐리면 몰 계산 전체가 흔들립니다.

원자량과 질량수를 같은 것으로 보기

이렇게 생각하기 쉬움염소의 원자량이

35.5

라면 양성자와 중성자를 합쳐

35.5

개인 원자가 있다

실제로는질량수는 양성자 수와 중성자 수의 합이라 항상 정수입니다. 원자량이 소수인 것은 여러 동위 원소의 평균이기 때문입니다.

질량수는 원자 '한 개'를 두고 세는 정수이고, 원자량은 자연에 섞여 있는 여러 동위 원소를 존재 비율대로 평균 낸 값입니다. 실제 염소 원자는 질량수

35

아니면

37

이며,

35.5

짜리 원자는 세상에 없습니다. 평균 키가

167.3 cm

인 반에 키가 정확히

167.3 cm

인 학생이 꼭 있으란 법은 없는 것과 같습니다.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

평균 원자량고2

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

동위 원소고2 몰(mol)과 아보가드로수고2 실험식과 분자식고2

같은 단원의 개념 — 화학의 언어

몰(mol)과 아보가드로수고2 몰농도고2 실험식과 분자식고2 양적 관계(화학량론)고2 한계 반응물과 수율고2 화학 반응식고2 ppm 농도고2

자주 묻는 질문

Q1왜 기준이 수소가 아니라 탄소-12인가요?

탄소는 안정하고 다루기 쉬우며, 다른 원소의 질량을 재는 기준으로 삼았을 때 대부분의 원자량이 질량수에 가까운 값으로 깔끔하게 나오기 때문입니다. 기준을 무엇으로 잡든 원자들 사이의 '비율'은 변하지 않습니다.

Q2분자량과 화학식량은 어떻게 구분해서 쓰나요?

H_{2} O

C O_{2}

처럼 분자로 존재하는 물질은 분자량,

NaCl

처럼 이온 결정이거나 금속처럼 분자 단위가 없는 물질은 화학식량이라고 합니다. 구하는 방법과 몰 질량으로 바꾸는 방법은 완전히 같습니다.

Q3원자량은 왜 양성자와 중성자 수의 합과 정확히 같지 않나요?

동위 원소의 평균이라는 이유가 가장 크고, 원자핵이 뭉쳐질 때 질량이 아주 조금 줄어드는 효과도 있습니다. 고등학교 계산에서는 주기율표에 주어진 원자량을 그대로 쓰면 됩니다.

교육과정 2022 개정 · 고2 화학 · 화학의 언어 수록 기본 (교육과정 단원)

출처 교육부 고시 제2022-33호 (2022 개정 교육과정) · NCIC 국가교육과정정보센터

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