몰(mole)과 분자(molecule)의 관계

물(mole)과 분자(molecule)의 관계

몰(mole)와 분자(molecule)의 관계

 

분자와 몰을 이해하는 것은 화학을 공부할 때 꼭 이해해야되는 중요한 개념입니다. 이번 포스팅에서는 이 용어들의 의미와 이를 화학에서 사용하는 방법에 대해 알아보겠습니다.

 

분자(molecule)

 

분자는 공유결합 또는 이온결합과 같은 화학적 결합에 의해 서로를 붙잡고 있는 둘 이상의 원자의 조합을 의미합니다. 분자는 화합물로서의 특성을 나타내는 가장 작은 단위이기도 합니다. 분자는 H₂ 및 O₂와 같이 2개의 동일한 원소의 원자로 구성될 수 있고 H₂O나 CCl₄와 같이 2개 이상의 서로 다른 원자로 구성될 수도 있습니다. 이와 달리 단일 원자 또는 이온으로 구성된 화학종은 분자로 취급하지 않습니다. 즉, H 원자는 분자가 아닌 반면 H₂와 HCl은 분자입니다. 화학에서는 특정 분자에 대해 논의를 하기 위해서는 몰과 분자량의 개념이 필수적입니다.

 

분자와 관련이 있는 또 다른 용어는 화합물입니다. 화학에서 정의하는 화합물은 2가지 이상의 서로 다른 종류의 원자로 구성된 분자를 뜻합니다. 이 정의에 의해 모든 화합물은 분자로 취급되지만 이와 거꾸로 모든 분자가 화합물인 것은 아닙니다. 예를들어 NaCl 또는 KBr과 같은 이온결합으로 이루어진 화합물은 공유결합에 의해 형성된 질소나 수소와 같이 이산 분자, 즉 서로 떨어져 개수를 셀 수 있는 분자를 형성하지 않습니다. 단지 이런 화합물들은 고체 상태에서 3차원적으로 배열되어 존재할 뿐입니다. 이런 상태의 물질에서는 분자량은 더 이상 의미가 없기 때문에 분자량 대신 화학식량이라는 개념을 사용합니다.

 

분자량(molecular weight)과 화학식량(formula weight)의 차이

 

어떤 분자의 분자량은 그 분자를 구성하고 있는 원자의 원자량(원자질량단위 또는 amu)을 모두 합쳐서 계산할 수 있습니다. 마찬가지로 이온성 화합물의 화학식량은 그 화합물의 실험식 또는 화학식을 구성하고 있는 원자들의 원자량을 합하여 계산됩니다.

 

분자량의 뜻과 정의

 

단위로서 몰(mole)의 의미

 

몰(mole)은 12그램의 탄소-12(¹²C)에서 발견되는 것과 동일한 수의 입자를 갖는 물질의 양으로 정의됩니다. 이 숫자를 아보가드로(Avogadro) 수라고 하며 그 값은 6.022 x 10²³입니다. 아보가드로 수는 원자, 이온, 분자, 화합물 등 물질을 구성하는 여러 단위에 적용될 수 있습니다. 이렇게 몰을 정의하게 되면서 매우 많은 수로 구성되어있는 여러가지 화학종을 다루고 서술하는 것이 굉장히 편리해지게 되었습니다.

 

몰과 분자, 질량의 관계를 나타내는 모식도

 

아보가드로 수를 이용한 몰의 정의에 따라 화합물 1몰의 무게는 분자량과 동일합니다.  화합물 1몰은 화합물 6.022x10²³개의 분자로 이루어져 있는 양을 뜻합니다. 그렇기 때문에 화합물의 1몰에 대한 질량은 몰 질량(molar mass)이라고 부르며 몰 질량의 단위는 몰/그램(mol/g)입니다. 따라서 몰 질량을 알고 있는 물질은 아래의 식을 이용해  몰 수를 계산할 수 있습니다.

 

 mol = 샘플의 중량 (g) / 몰질량 (g / mol)