화학 고2 화학의 언어

몰(mol)과 아보가드로수

Q: 왜 하필 6.022 × 1023이라는 이상한 수인가요?

원래 탄소-12 12,g 속에 든 원자 수로 정했기 때문입니다. 이렇게 정해 두면 '원자량 뒤에 g/mol만 붙이면 몰 질량'이 되어 계산이 편해집니다. 지금은 아보가드로 수를 고정된 값으로 정해 몰을 정의하지만, 실제 계산에서 달라지는 것은 없습니다.

Q: 몰수는 소수여도 되나요?

됩니다. 0.5,mol은 입자 약 3 × 1023개라는 뜻이지 '반쪽짜리 입자'가 아닙니다. 몰은 워낙 큰 묶음이라 소수 자리 하나가 이미 어마어마한 개수입니다.

Q: 이온이나 전자도 몰로 셀 수 있나요?

네. 몰은 어떤 입자든 셀 수 있는 개수 단위라서 Na+ 이온 1,mol, 전자 1,mol처럼 쓸 수 있습니다. 예를 들어 NaCl 1,mol을 물에 녹이면 Na+ 1,mol과 Cl- 1,mol, 합쳐서 이온 2,mol이 생깁니다.

아보가드로수(6.022×10²³)를 기반으로 물질의 양을 몰 단위로 환산하고 다루는 화학의 기본 단위 체계이다.

몰(mol)은 입자

6.022 \times 1 0^{23}

개를 한 묶음으로 세는 화학의 개수 단위이고, 이 개수를 아보가드로수라고 합니다.

달걀을 12개씩 '한 판'으로 세듯이, 원자와 분자는

6.022 \times 1 0^{23}

개씩 '한 몰'로 셉니다. 알갱이가 너무 작아서 낱개로 셀 수 없으니, 저울로 잴 수 있는 크기의 묶음을 하나 만들어 둔 것입니다.

쉽게 말하면

화학 반응은 원자 개수를 맞춰서 일어나는데, 실험실에서 우리가 할 수 있는 일은 저울로 질량을 재는 것뿐입니다. 몰은 이 둘을 잇는 다리입니다. 원자량과 화학식량에서 정한 상대 질량 값에 $g/mol$ 을 붙이면 그것이 곧 몰 질량이 되도록 아보가드로수가 맞춰져 있습니다. 그래서 물의 분자량이 $18$ 이면 물 $18 g$ 이 정확히 $1 mol$ , 즉 물 분자 $6.022 \times 1 0^{23}$ 개입니다.

$n = \frac{w}{M} = \frac{N}{6.022 \times 1 0 ^{23}}$

여기서 $n$ 은 몰수, $w$ 는 질량, $M$ 은 몰 질량, $N$ 은 입자 수입니다. 몰수는 질량으로도, 개수로도, (기체라면) 부피로도 갈 수 있는 환승역이라고 생각하면 됩니다. 기체는 종류에 관계없이 $0^{\circ} C$ , $1 atm$ (표준 상태)에서 $1 mol$ 이 약 $22.4 L$ 를 차지합니다 — 기체 분자는 서로 멀리 떨어져 있어서 분자 하나의 크기보다 개수가 부피를 결정하기 때문입니다.

몰이 없으면 화학의 정량 계산은 시작조차 못 합니다. 반응식의 계수는 몰수의 비이고(양적 관계(화학량론)), 농도도 몰수로 정의됩니다(몰농도). 앞으로 나오는 계산은 거의 전부 '주어진 값을 일단 몰수로 바꾸고 → 몰수로 답을 구한 뒤 → 원하는 단위로 되돌리는' 모양을 갖습니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

물 $36 g$ 은 몇 몰이고 분자는 몇 개인가

$n = \frac{36 g}{18 g/mol} = 2 mol, N = 2 \times 6.022 \times 1 0^{23} = 1.2 \times 1 0^{24} 개$

질량을 몰 질량으로 나누면 몰수, 몰수에 아보가드로수를 곱하면 입자 수입니다. 단, 이 $1.2 \times 1 0^{24}$ 개는 '물 분자'의 개수입니다.
예시 2

표준 상태에서 이산화 탄소 $11.2 L$ 의 질량

$n = \frac{11.2 L}{22.4 L/mol} = 0.5 mol, w = 0.5 \times 44 = 22 g$

부피 → 몰수 → 질량으로 두 번 갈아탔습니다. 가운데에 항상 몰수가 있다는 점을 눈여겨보세요.
예시 3

같은 $1 mol$ 인데 무게가 다른 이유

수소 기체 $1 mol$ 은 $2 g$ , 산소 기체 $1 mol$ 은 $32 g$ 입니다. 분자 개수는 똑같이 $6.022 \times 1 0^{23}$ 개인데, 분자 하나의 무게가 16배 차이 나기 때문입니다. 몰은 무게의 단위가 아니라 개수의 단위라는 사실이 여기서 드러납니다.

순서대로 하면

몰 계산의 환승 규칙

1구하려는 것과 주어진 것을 적습니다 — 질량, 입자 수, 기체 부피 중 무엇인가요?
2주어진 값을 먼저 몰수로 바꿉니다. 질량이면 몰 질량으로 나누고, 입자 수면 $6.022 \times 1 0^{23}$ 으로 나누고, 표준 상태 기체 부피면 $22.4 L$ 로 나눕니다.
3몰수 단계에서 문제가 요구하는 관계(반응식 계수비 등)를 적용합니다.
4마지막에 원하는 단위로 되돌립니다. 몰 질량을 곱하면 질량, 아보가드로수를 곱하면 개수입니다.
5입자의 종류를 반드시 확인합니다 — 분자 몰수인지, 그 안의 원자 몰수인지 구별합니다.

자주 하는 오해

1 mol

은 무조건

22.4 L

라고 외우기

이렇게 생각하기 쉬움물

1 mol

의 부피도

22.4 L

실제로는

22.4 L

는 표준 상태(

0^{\circ} C

1 atm

)의 기체에만 해당합니다. 물

1 mol

(

18 g

)은 액체로 약

18 mL

입니다.

기체는 분자 사이가 텅 비어 있어서 분자의 크기가 아니라 개수가 부피를 정합니다. 그래서 종류와 무관하게 같은 부피가 나옵니다. 반면 액체·고체는 분자들이 맞닿아 있어 분자의 크기와 배열이 부피를 정하므로 물질마다 부피가 완전히 다릅니다. 조건이 표준 상태가 아니면 기체라도

22.4 L

가 아닙니다.

분자 몰수와 그 안의 원자 몰수를 뒤섞기

이렇게 생각하기 쉬움물

1 mol

속의 원자 수는

6.022 \times 1 0^{23}

개다

실제로는물 분자는

6.022 \times 1 0^{23}

개이지만, 물 분자 하나에 원자가 3개(

H

2개 +

O

1개) 있으므로 원자는 그 3배인

1.8 \times 1 0^{24}

개입니다.

몰은 '무엇'

6.022 \times 1 0^{23}

개인지를 반드시 밝혀야 하는 단위입니다. '산소

1 mol

'도 산소 원자

O

1 mol

(

16 g

)인지 산소 분자

O_{2}

1 mol

(

32 g

)인지에 따라 답이 두 배 달라집니다. 문제를 읽을 때 몰 뒤에 붙은 대상이 원자인지 분자인지 이온인지부터 확인하세요.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

원자량과 화학식량고2

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

몰농도고2 양적 관계(화학량론)고2 ppm 농도고2 몰 분율고3 몰랄 농도고3

같은 단원의 개념 — 화학의 언어

몰농도고2 실험식과 분자식고2 양적 관계(화학량론)고2 원자량과 화학식량고2 한계 반응물과 수율고2 화학 반응식고2 ppm 농도고2

자주 묻는 질문

Q1왜 하필

6.022 \times 1 0^{23}

이라는 이상한 수인가요?

원래 탄소-12

12 g

속에 든 원자 수로 정했기 때문입니다. 이렇게 정해 두면 '원자량 뒤에

g/mol

만 붙이면 몰 질량'이 되어 계산이 편해집니다. 지금은 아보가드로 수를 고정된 값으로 정해 몰을 정의하지만, 실제 계산에서 달라지는 것은 없습니다.

Q2몰수는 소수여도 되나요?

됩니다.

0.5 mol

은 입자 약

3 \times 1 0^{23}

개라는 뜻이지 '반쪽짜리 입자'가 아닙니다. 몰은 워낙 큰 묶음이라 소수 자리 하나가 이미 어마어마한 개수입니다.

Q3이온이나 전자도 몰로 셀 수 있나요?

네. 몰은 어떤 입자든 셀 수 있는 개수 단위라서

N a^{+}

이온

1 mol

, 전자

1 mol

처럼 쓸 수 있습니다. 예를 들어

NaCl

1 mol

을 물에 녹이면

N a^{+}

1 mol

과

C l^{-}

1 mol

, 합쳐서 이온

2 mol

이 생깁니다.

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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