몰은 질량이 아니라 입자 수의 단위입니다

화학에서 몰(mol)을 처음 배우면 g과 비슷한 질량 단위처럼 느껴질 수 있습니다. 하지만 몰은 물질의 양을 나타내는 단위입니다. 원자나 분자처럼 매우 작은 입자는 하나씩 세기 어려우므로, 정해진 수만큼을 한 묶음으로 다룹니다.

1몰에는 정확히 몇 개가 있을까요?

1 mol은 지정한 입자 6.02214076 × 10²³개를 포함하는 물질의 양입니다. 이 수는 정확한 정의값이며, 아보가드로 상수는 6.02214076 × 10²³ mol⁻¹입니다. 계산에서는 필요한 정밀도에 맞춰 6.02 × 10²³처럼 근삿값을 쓰기도 합니다.

중요한 것은 무엇을 세는지 명시하는 것입니다. 산소 원자 1 mol과 산소 분자 O₂ 1 mol은 같은 말이 아닙니다. O₂ 분자 하나에는 산소 원자 두 개가 있으므로, O₂ 분자 1 mol 안에는 산소 원자가 2 mol 들어 있습니다.

같은 몰수라도 질량은 다릅니다

O₂ 1 mol에는 O₂ 분자가 6.02214076 × 10²³개 있습니다. 물 H₂O 1 mol에는 H₂O 분자가 똑같이 6.02214076 × 10²³개 있습니다. 분자 수는 같아도 분자 하나의 질량이 다르므로 전체 질량은 다릅니다.

여기서 32 g과 18 g은 산소의 원자량을 약 16, 수소의 원자량을 약 1로 놓은 학습용 근삿값입니다. 입자 수의 정확한 정의값과 몰질량의 근삿값을 구분해서 읽어야 합니다. 더 정밀한 원자량을 사용하면 계산값도 조금 달라집니다.

질량과 입자 수 사이를 연결하기

몰질량은 물질 1 mol의 질량을 나타내며 단위는 g/mol입니다. 질량 m을 몰질량 M으로 나누면 물질의 양 n을 구할 수 있습니다. 입자 수 N은 n에 아보가드로 상수 Nₐ를 곱한 값입니다.

물질의 양: n = m / M
입자 수:   N = n × Nₐ

예를 들어 물 9 g을 몰질량 약 18 g/mol로 계산하면 약 0.5 mol입니다. 물 분자 수는 약 3.01 × 10²³개입니다. 단위를 함께 쓰면 g을 g/mol로 나누어 mol이 남고, 다시 mol⁻¹을 곱하면 입자 수가 얻어진다는 관계를 확인할 수 있습니다.

스스로 확인해 보세요

물 분자 H₂O가 1 mol 있을 때 수소 원자는 몇 mol일까요? 답은 2 mol입니다. 물 분자 하나에 수소 원자가 두 개 있기 때문입니다. 이 물에 들어 있는 산소 원자는 1 mol이고, 수소와 산소 원자를 합한 전체 원자 수는 3 mol에 해당합니다.