잴수 없는 작은원소 집합 개념으로 묶어 최초 기준은 산소

13. 물질의 단위, 몰

물질을 이루는 기본단위인 원자나 분자는 질량이 얼마나 될까? 가장 작은 원소인 수소 원자의 질량은 고작 1.6735×10-27 ㎏밖에 되지 않는다. 이렇게 작은 원자와 분자의 양을 따질 때 킬로그램으로 표시해야 한다면 숫자가 너무 복잡할 것이다. 그래서 등장한 단위가 물질량의 단위, '몰'이다.

영국의 과학자 돌턴이 원자론을 도입한 이후 19세기 화학자들은 이를 보다 완벽한 원자론으로 다듬었고, 이후 발전을 거듭하면서 원자나 분자의 크기, 질량을 측정하는 수준까지 도달했다. 그렇다고 해서 원자 하나의 질량을 잴 수 있었다는 의미는 아니다.

과학자들은 집합의 개념을 사용했다. 너무나도 작은 원자 하나의 질량을 알 수는 없지만, 어마어마한 개수로 이루어진 한 무리의 집합으로는 잴 수 있었다. 이때 도입한 개념이 몰이다. 몰은 우리가 달걀 30개를 한 판, 바늘 24개를 한 쌈, 마늘 100개를 한 접이라고 하는 것처럼 수많은 원자나 분자의 일정한 개수를 한 단위로 묶은 개념이다. 결국 한 묶음의 원자나 분자의 질량을 재는 것이다.

처음에 과학자들은 여러 원소들 가운데 산소를 기준으로 삼았다. 1몰(mol)의 산소 원자들은 질량을 16으로 정한 것이다. 2개의 원자가 결합한 산소 분자 1몰에는 무려 6.022×1023개의 산소 분자가 들어 있다. 이 개수를 '아보가드로 수'라고 한다.

모든 원자나 분자 1몰에는 이 개수만큼의 원자나 분자가 들어 있다. 그 후에 몰의 정의에 사용하는 기준을 산소에서 탄소로 바꿨다. 이에 따라서 1몰은 탄소 0.012㎏에 있는 원자의 개수와 같은 수의 구성요소를 포함한 물질량으로 정의되었다. 1971년 제14차 국제도량형총회는 이 몰을 국제단위계의 기본단위에 포함시켰다. <한국표준과학연구원 제공>