[몰의 개념과 농도]화학 식량 1부

화학반응에 있어서 반응물을 얼마나 사용해야하며, 생성물은 얼마나 얻어 질것인가에 대한 계산은 매우 중요한 일이다. 여기에서는 이러한 계산을 다루기 위하여 필요한 개념들에 대하여 살펴보고, 또한 관련 예제 문제들을 통하여 익히는 것을 목적으로 하였다.

원자질량, 분자질량, 화학식량

1. 원자 질량

모든 물질은 매우 작은 종류의 기본 성분들로 이루어져 있으며, 이것을 원소(element)라고 한다. 보통 이 원소들은 방사성 분해와 같은 방법이외의 물리적 또는 화학적 방법으로 분해 될 수 없는 물질을 의미한다. 원소의 기본성질 중 하나가 원자질량이다. 원자질량은 어떤 특정원소의 질량을 정해놓고, 그 원자질량으로부터 나머지 원소의 질량을 그것과 비교해서 상대적으로 구하는 질량을 의미한다. 따라서 원자질량은 단위가 없다. 그러나 원자질량의 단위는 amu (atomic mass unit)을 사용한다. 1 amu는 정확히 12C원자 질량의 12분의 1로 정의되며 1.6605 × 10-24g에 해당된다.

12C 원자의 질량 = 12 amu

1amu = 12C원자의 질량/12 = 1.6605×10-24g

12 amu로 정의된 C의 질량은 다른 모든 원자의 질량을 나타내는데 쓴다.

예를 들면 1H 원자는 1.007825/12에 12C원자의 질량을 곱한 값, 즉 1.007825 amu로 나타낸다. 한편, amu단위의 원자의 질량은 원자의 질량수, 즉 원자량(atomic weight)이라 할 수 있다. 그러나 정확하게는 탄소의 경우 12 amu가 아니라 12.011amu라고 한다. 그것은 자연계에 존재하는 동위원소의 존재비를 고려하여 평균값으로 나타냈기 때문이라고 할 수 있다.

탄소는 2종류의 동위원소가 있고, 각각 12C는 98.89% 13C는 1.11%로 존재한다. 따라서 평균원자량을 계산하면 다음과 같다.

평균원자량 = 98.89% × 12amu + 1.11% × 13 amu = 12.011amu이다. 주기율표에는 이러한 평균원자량으로 대부분의 원소들이 나타나있다.

 

2. 분자 질량(molecular mass)

분자질량 혹은 분자량(moleccular weight)은 분자내 모든 원자들의 원자량을 합한 값을 의미한다.

H2O의 분자질량 : 2 (H의 원자질량) + (O의 원자질량)

2 × 1.01amu + 16.00amu = 18.02amu

C2H4(에틸렌)의 분자량: 2C의 원자량 + 4H의 원자량

2 × 12.01 amu + 4 × 1.00 amu = 28.02 amu

 

3. 화학 식량 (formula weight)

화학식에 있는 모든 원자들의 원자량의 합을 의미한다.

NaOH의 화학식량: Na의 원자량 + O의 원자량 + H의 원자량

23.00amu + 16.00amu + 1.00amu = 40.00amu

CaCl2의 화학식량: Ca의 원자량 + 2Cl의 원자량 40.08amu + 2 x 35.45amu = 75.53amu

※ 화학식량과 비교하여 분자량(molecular weight)은 엄밀하게 분자화합물 즉 비이온성 화합물에 해당된다고 할 수 있다.

백분율 조성과 실험식과 분자식

1. 백분율조성(percent composition)

화학실험실에서 어떠한 화학반응의 생성물로서 어떤 화합물이 새로 얻어졌을 경우, 그 얻어진 화합물중에 포함된 어떤 원소의 함량을 퍼센트조성(percent composition)으로 나타낼 수 있다. 또한 그 속에 포함된 각각의 다른 원소들도 마찬가지로 나타낼 수 있다. 예를 들면 이산화탄소인 CO2의 경우에 탄소(C) 및 산소(O)의 퍼센트조성 (백분율조성)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

% C = C의 원자량/CO2의 분자량 x 100% = 12. 01amu/(12.01amu + 2 x 16.00amu) x 100% = 27.29%

% O = 2O의 원자량/CO2의 분자량 x 100% = 2 x 16.00amu/(12.01amu + 2 x 16.00amu) x 100% = 72.71%

 

2. 실험식(empirical formula)

어떠한 화합물을 분석할 경우에 일반적으로 각 구성원소의 퍼센트조성으로 표시된다. 그리고 그 화합물의 구조를 모를 경우에 실험으로 나타낸 백분율조성으로부터 실험식이 구해진다. 따라서 실험식이란 단지 화합물을 이루고 있는 각 원소의 상대적인 원자의 수 만을 나타낸다고 할 수 있다. 그러므로 이 식은 화합물의 실제 분자식이 될 수도 있고 안 될 수도 있다. 실험식은 다른 말로 화학식이라 할 수 있다.

 

3. 분자식(molecular formula)

실험식이 단지 화합물을 이루고 있는 각 원소의 상대적인 원자의 수에 비해서 분자식은 한 분자에 있는 실제적인 원자들의 수를 나타낸다. 예를 들면 물은 H2O 로서 실험식(또는 화학식)이 그대로 이지만 과산화수소 H2O2로서 실험식은 HO이고 분자식은 HO에다 2를 곱한 H2O2이다. 따라서 분자식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

분자식 = n x 실험식(또는 화학식)

실험식과 분자식의 계산 예는 몰과 질량관계에서 다루기로 한다.

[Chemistry/일반화학] - [몰의 개념과 농도]몰 2부

[Chemistry/일반화학] - [몰의 개념과 농도]용액과 용해 3부

[Chemistry/일반화학] - [몰의 개념과 농도]용액과 크기성질 4부