대다수 사람에겐 낯선 단위 몰(mol)

안녕하세요?

제목에서 부터 밝히는 바이지만, 아마 이 블로그의 포스팅을 읽으시는 대다수의 분들에게는 이 몰(mol)이라는 단위를 처음 들어 보실 분도 많으리라 생각이 됩니다. 제 경우에는 생명과학 실험실에서 실험을 하면서 대다수의 실험 시약을 만들어야 하는데, 그때 마다 이 몰과 관련이 되었던 일이 많았습니다.

물론 실험실에서 사용한 것은 정확하게 말하자면 '몰 질량(molar mass)'라고 해서 대문자 M으로 나타내는 '몰'과는 조금다른 단위인데, SI unit으로는 kg의 mol을 나타내지만, 실제로는 g/mol단위로 많이 사용이 되었습니다. 그럼 이 단위를 실험실에서 사용하기 위해서는 먼저 시약의 화학식을 바탕으로 해서 주기율표에 나와 있는 '원자 질량 단위'를 사용해서 계산을 했습니다.

아무튼 서론이 길어 졌는데, 다시 '몰(mol)'로 돌아와서, 간단하게 몰이 무엇이냐 하면, 어떤 물질의 입자가 6.022140 X 10^23개가 모인 양을 지칭하는 단위 입니다. 즉 10의 23승에 해당하는 입자의 갯수가 모여 졌을 '물질의 양'인데, 주로 '질량'을 이용해서 측정을 한다고 해야 할까요?

다만 실험실에서 워낙에 많이 '몰질량(molar mass)'인 M을 많이 쓰기 때문인지, 저도 자원스럽게 질량을 기준으로 생각을 하게 되는데, 몰질량과 몰은 엄연히 다른 단위로, 일반적으로 1몰(mol)은 '원자든 전자든 가장 작은 단위의 입자가 6.02214076 X 10^23개'일 때 물질의 양이며, 이를 일반적으로 사용할 때 1몰의 화학물질 ~는 몇 kg이다. 이런 식으로 실험실에선 주로 사용을 했습니다.

다만 이 복잡해 보이는 몰(mol)은 영어 명칭은 mole로, 먼저 1811년 이탈리아의 화학자인 아보가드르가 제시한 다음과 같은 가설에서 출발을 하였습니다. [같은 온도와 압력 하에서 같은 부피속에 존재하는 기체의 입자인 분자의 갯수는 종류와 상관없이 같다.]

그리고 19세기 후반에 화학자들이 처음으로 몰(mol)이란 개념을 만든 이유가 간단하게, 입자 혹은 분자 1개의 질량은 너무 작아 측정 하기도 어렵고, 그렇다고 입자의 갯수를 세어 보자니 너무 많아서 카운팅을 할 수도 없어서, 이런식으로 연필 1다스 하면 연필 12자루 인 것처럼, 몇 개의 기체가 입자가 있다는 것을 1몰(mol)이라고 단위를 만들었습니다.

이런다고 해서 1몰의 양에 해당하는 입자 갯수가 바로 정해진 것도 아닌게, 1926년 노벨 물리학상을 받은 프랑스의 물리학자 페랭이 계산하기로는 1몰에 7.05 X 10^23개 였습니다. 결국 놀랍게도 얼마 되지 않은 1970년대에 가서야 '실리콘'을 가지고서 했는 실험을 바탕으로, 지금의 1몰은 입자 6.02214076 X 10^23개 라는 것이 밝혀 졌습니다.