분자량의 뜻과 정의

분자량의 뜻과 정의

 

분자량이란 무엇인가?

 

분자량은 분자 내 존재하는 모든 원자들의 원자량 값을 합쳐서 나타낸 값입니다. 분자량은 주로 화학 반응식을 세우거나 또는 실제 화학 반응을 진행할 때 화학양론을 결정하기 위해 사용됩니다. 분자량을 영어로 표현하면 molecular weight으로, 이를 줄여 M.W. 또는 MW로 나타내는 경우가 많습니다. 일반적으로 분자량은 단위를 생략하고 표현하는 경우가 많고 실제 단위를 붙여 사용할 때에는 원자 질량 단위 (amu)를 주로 사용합니다.

 

원자량과 분자량은 모두 12 amu의 값을 가지는 탄소-12(12C)의 질량을 기준으로 정의됩니다. 일반적으로 탄소가 아닌, 탄소의 동위원소인 탄소-12를 기준으로 이용하는 이유는, 탄소 원자는 탄소 동위원소의 혼합물이기 때문에 원자량이 정확히 12가 아니기 때문입니다.

 

탄소가 원자량의 기준이 된 이유

 

분자량 계산의 예

 

분자량 계산은 화합물의 분자식을 기준으로 계산됩니다. (즉, 분자를 구성하는 원자들의 비율만 포함하는 실험식을 사용하는 것이 아님). 간단히, 분자를 구성하는 각각의 원자 수에 원자량을 곱한 후 모두 합하여 계산됩니다.

 

예를 들어, 탄화수소의 일종인 헥산(Hexane, 헥세인)의 분자식은 C6H14입니다. 분자식에 나타난 아래 첨자는 그 분자를 구성하는 각 원자의 수를 나타내므로 각 헥산 분자에는 6 개의 탄소 원자와 14 개의 수소 원자가 있다고 볼 수 있습니다. 또한 헥산 분자를 구성하는 탄소와 수소의 원자량은 주기율표에서 쉽게 찾을 수 있습니다.

 

헥산(Hexane, 헥세인)의 화학구조 (그림 : 위키백과)

 

탄소 원자량 : 12.01

수소 원자량 : 1.01

 

분자량 = (탄소 원자 수) × (C 원자량) + (H 원자 수) × (H 원자량)이기 때문에 아래와 같이 계산할 수 있습니다.

 

분자량 = (6 × 12.01) + (14 × 1.01)

헥산의 분자량 = 72.06 + 14.14

헥산의 분자량 = 86.20 (amu)

 

분자량의 측정 방법

 

화합물의 분자량은 직접 실험적으로도 측정이 가능하며 측정하고자 하는 분자의 크기에 따라 각기 다른 방법으로 측정됩니다. 분자량을 측정하기 위해 가장 널리 사용되는 방법인 질량 분석법(Mass spectrometry)은 일반적으로 중형 또는 소형 분자의 분자량을 측정하는데 사용됩니다. 하지만 DNA, 단백질과 같은 거대한 분자들의 분자량은 광산란 및 점도를 이용하여 측정됩니다. 구체적으로, Zimm 방법(Zimm method)과 Dynamic light scattering(동적 광산란, DLS), 크기 배제 크로마토 그래피(Size-exclusion chromatography, SEC), 확산계수를 이용한 핵자기 공명법(DOSY) 등이 널리 사용되며 고분자 시료의 경우 점도를 측정하여 분자량을 계산할 수도 있습니다.

 

분자량과 동위 원소

 

만약 분자를 구성하는 원자들이 특정한 동위 원소로 구성되어 있는 경우 주기율표를 통해 확인되는 값을 이용하는 것이 아니라 해당 동위 원소의 원자질량을 사용해야합니다. 예를 들어, 수소 대신 수소의 동위 원소인 중수소만을 이용해 만들어진 분자의 경우 수소의 원자량인 1.01이 아닌 중수소의 원자질량 2.00을 이용하여 계산해야 합니다. 일반적으로 큰 분자의 경우 원소의 원자량과 특정 동위 원소의 원자질량 사이의 차이가 크지 않지만 핵물질 분야나 작은 분자를 다루는 경우 이 차이가 중요 할 수 있으니 계산에 유의해야 합니다.

 

[원자 구조] 원자 질량과 원자량의 기본 개념

 

분자량 대 분자질량

 

원자에서는 원자량과 원자질량의 차이를 이해하는 것이 중요합니다. 분자량과 분자질량의 경우에도 기술적으로는 개념의 차이가 존재합니다. 분자 질량은 말 그대로 절대적인 질량의 척도이지만 분자량은 탄소의 동위원소를 기준으로 계산된 상대적 수치이며 분자 질량에 대응되는 일종의 힘의 척도로 계산됩니다. 따라서 조금 더 엄밀히 표현하기 위해서 분자량을 '상대 분자 질량'으로 서술하는 경우가 종종 있습니다. 다만 화학 분야에서는 분자량은 원자량과 마찬가지로 1 몰의 양에 대응되는 물질들의 질량의 개념으로 사용됩니다.

 

몰(mole)과 분자(molecule)의 관계