02 화학식량과 몰

화학식량

물질을 원소 기호를 이용하여 표현하는 것을 통틀어 화학식이라고 한다. 화학식량은 물질의 화학식을 이루는 원자의 원자량을 모두 더하여 구한다.

(1) 원자량：질량수가 12인 탄소(¹²C) 원자의 원자량을 12로 정하고, 이것을 기준으로 하여 비교한 원자의 상대적인 질량이며, g, kg과 같은 단위를 붙이지 않는다.

예) ¹²C：양성자수가 6, 중성자수가 6이므로 질량수가 12이다.

※ 원자량을 사용하는 까닭：원자 1개의 실제 질량은 매우 작아서 원자 1개의 질량을 직접 측정하기 어렵고, 실제 질량을 그대로 사용하면 매우 불편하다. 그래서 특정 원자와 비교한 상대적 질량인 원자량을 사용한다.

(2) 분자량：분자의 상대적인 질량을 나타내는 값으로, 분자를 구성하는 모든 원자들의 원자량 을 합한 값이다. 분자량도 상대적인 질량이므로 단위가 없다.

(3) 분자가 아닌 물질의 화학식량

① 염화 나트륨(NaCl), 염화 칼슘(CaCl₂) 등의 이온 결합 물질과 철(Fe), 구리(Cu) 등의 금속 결합 물질, 그리고 공유 결합 물질 중 이산화 규소(SiO₂), 다이아몬드(C) 등은 분자가 아니다.

② 분자가 아닌 물질의 화학식량은 화학식을 이루는 각 원자의 원자량을 합하여 구한다.

염화 나트륨은 Na⁺과 Cl^–이 1 : 1의 개수비로 연속적으로 결합하여 결정을 이루고 있어서 화학식을 NaCl로 표시하며 화학식량은 화학식을 구성하는 원자의 원자량을 합하여 구한다.

몰

(1) 몰

① 몰(mol)：원자, 분자, 이온 등과 같은 입자의 수를 나타낼 때 사용하는 묶음 단위이다.

묶음 단위를 사용하는 까닭：원자, 분자, 이온은 매우 작고 가벼워서 물질의 양이 적어도 그 속에 들어 있는 원자, 분자, 이온 수가 매우 많기 때문에 묶음 단위를 사용하면 편리하다.

② 몰과 아보가드로수(N_A)：1 mol은 6.02×10²³개의 입자를 뜻하며, 6.02×10²³을 아보가드로수라고 한다.

(2) 몰과 입자 수：원자, 분자, 이온 등 입자의 종류와 관계없이 입자 1 mol에는 그 입자가 6.02×10²³개 들어 있다.

① 분자로 이루어진 물질의 양(mol)을 알면 그 물질을 구성하는 원자의 양(mol)과 개수를 알 수 있다.

예) 이산화 탄소(CO₂) 분자 1 mol에는 탄소(C) 원자 1 mol, 산소(O) 원자 2 mol이 들어있다.

② 이온 결합 물질의 양(mol)을 알면 그 물질을 구성하는 이온의 양(mol)을 알 수 있다.

예) 염화 나트륨(NaCl) 1 mol에는 Na⁺ 1 mol과 Cl^– 1mol이 들어 있으므로 총 2 mol의 이온이 들어 있다.

(3) 몰과 질량

① 1 mol의 질량：물질의 화학식량 뒤에 그램(g) 단위를 붙인 질량이다.

② 물질의 질량 구하기：물질의 질량은 1 mol의 질량에 물질의 양(mol)을 곱하여 구한다.

예) 물(H₂O) 2 mol의 질량=18 g/mol×2 mol=36 g

③ 물질의 양(mol) 구하기：물질의 양(mol)은 물질의 질량을 그 물질 1 mol의 질량으로 나누어 구한다.

예) 물(H₂O) 54 g의 양(mol)=54g/18g/mol=3 mol

④ 물질 1 g에 포함된 양(mol)과 구성 원자의 개수비, 질량비

예) 1 g의 메테인(CH₄)과 1 g의 이산화 탄소(CO₂)에 포함된 분자 수비

CH₄ : CO₂=1/16:1/44=11:4

(4) 몰과 기체의 부피

① 아보가드로 법칙：모든 기체는 같은 온도와 압력에서 같은 부피 속에 같은 수의 분자가 들어있다.

② 기체 1 mol의 부피：0℃, 1 atm에서 모든 기체 1 mol의 부피는 22.4 L로 일정하며, 기체 22.4 L 속에는 6.02×10²³개의 기체 분자가 들어있다.

③ 기체의 부피와 분자의 양(mol)：기체 분자의 양(mol)은 기체의 부피를 기체 1 mol의 부피로 나누어 구한다.

예) 20℃, 1 atm에서 기체 1 mol의 부피가 24 L일 때, 20℃, 1 atm에서 메테인(CH₄) 기체 12 L에 포함된 기체 분자의 양은 12 L/(24 L/mol)=0.5 mol이다.

④ 기체의 밀도와 분자량：같은 온도와 압력에서 같은 부피의 기체에 포함된 분자 수가 같고,

밀도= 질량/부피이므로 기체의 밀도는 분자량에 비례한다.

예 산소(O₂)의 분자량이 32, 메테인(CH₄)의 분자량이 16이므로 20℃, 1 atm에서 산소(O₂) 기체의 밀도가 4/3g/L이면 메테인(CH₄) 기체의 밀도는 4/3g/L×1/2=2/3g/L이다.

(5) 물질의 양(mol)과 입자 수, 질량, 기체의 부피 사이의 관계

예) C2H6(분자량：30) 기체 2 mol의 입자 수, 질량, 부피

참고자료: EBS 수능 특강 화학1

By b g Han