캣미스트리

본 포스팅은 네이버 블로그에 포스팅 된 글을 옮겨오는 중입니다!

(http://blog.naver.com/pysung0409/220984960985)

1. 원자 질량, 몰

① 원자 질량

원자 한개의 절대적인 질량을 정확하게 저울에 달아 재는 것은 불가능해서,

원자 질량은 상대적인 질량을 재요. 즉, 하나를 기준으로 잡아놓고 나머지가 얼마나 가볍냐, 무겁냐로 따져요.

이때 기준이 되는것이 탄소의 질량단위 입니다. 탄소에도 동위원소들이 있는데,

이중 자연에서 가장 많은 질량수 12인 탄소를 기준으로 잡았습니다.

원자의 질량은 amu (atomic mass unit) 단위로 나타냅니다.

1 amu 란 원자 한개의 질량을 의미해요. 실제로 원자의 질량을 절대적으로 잴 순 없어서 1개가 딱 1 amu 인건 아니에요.

대신 원자의 질량을 나타낼 때 질량수 12인 탄소의 질량을 12 amu 로 잡은거에요. 즉, 그러기로 약속한거에요.

(이때 질량수란 양성자수+중성자수 를 뜻해요. 질량수는 보통 기호왼쪽위에 숫자로 나타내요.  질량수 12인 탄소는  이렇게)

그냥 직관적으로 설명해볼께요 (정확하지는 않음)

앞에서 원자의 질량은 양성자와 중성자에 의해 결정된다고 했지요. 질량수 12인 탄소는 양성자 6개와 중성자 6개를 가지고 있어요.

12 amu 가 질량수 12인 탄소의 질량이라고 했지요.

즉, 1 amu 는 양성자 하나와 중성자 하나를 합쳐서 2로 나눈, 평균 질량같은 느낌이겠네요
(실제론 중성자가 조금 더 무겁대요)

원자 한개의 무게를 표시하고자 amu 를 만들었는데, 왜 하필 탄소를 사용했을까요?

계산과정에서 가장 유용한게 탄소이기 때문이에요.

이유를 크게 두가지로 잡아보면 다음과 같아요.

⑴ 탄소를 기준으로 잡으면, 질량수 1인 수소의 질량이 1 amu에 매우 가까워요. 


수소 하나가 약 1.008 amu 가 돼요. 수소나 탄소는 화학계산에서 매우 많이 쓰이기에,


이 값들이 정수에 가까운게 화학계산에 유리해요.

⑵ 탄소가 자연계에서 동위원소 비율이 상당히 낮기 때문이에요.


동위원소란 같은 원자내에서도 질량이 다른거라고 했었어요. 그 이유는 중성자수가 다른 원소들이 있기 때문이구요.

그래서 동위원소가 매우 많고 복잡한 원소면 질량 계산할때 복잡하겠지요?

근데 탄소는 동위원소 비율이 매우 낮아요.

질량수 12인 탄소가 지구상에 98.89%, 13인 탄소는 1.11%, 14인 탄소는 계산의 의미가 없을 정도로 적어요.

그래서 동위원소로 인한 오차가 매우 적기 때문에 기준으로 사용하기 좋아요.

화학계에서는 산소를 기준으로 잡기도 한대요. 16amu 를 질량수 16인 산소원자의 질량으로 보는거지요.

그거야 과학계 알아서 할 일이고..

우리는 amu 가 가상의 원자 1개의 질량을 나타내는거구나, 하고 알면 돼요.

그리고 근사적으로, 1 amu 는  이에요.

② 몰, 아보가드로 수

몰은 쉽게 생각해야해요. 몰은 그냥 수에요. 1몰은 에요. 그냥 수이기에 단위도 없어요.

구슬이   개 있다하면 구슬이 1몰 있어요.

아이스크림이  개 있다 하면 아이스크림이 1몰 있어요.

이 때   이 수를 아보가드로 수(Avogadro's number)라 해요.

몰의 정확한 의미는 정확히 12g의 순수한  에 들어있는 탄소 원자수와 같은 수 라고 정의해요.

정의가 만들어지고, 정확한 측정법에 의해 아보가드로 수가 정해진 거에요.

다른 말로, 탄소 12g에 각 질량이 12 amu인 탄소가 정확히  개 들어있다는 뜻이에요.

즉,    이에요.

Q. 탄소 6개가 들어있는 시료의 질량은?

A. 탄소 하나의 질량은 12 amu 로 정의되었어요. 즉, 탄소 6개의 질량은 12 amu X 6 = 72 amu 에요.

amu와 g의 관계식을 위에서 봤지요. 단위인자로 환산해서 생각해보면

  이므로  

입니다.

즉,