원자량 42는 무엇입니까?

산소의 분자량 단위는 무엇입니까?

으, 산소 분자량… 이거 헷갈리네. 분자량 단위는 당연히 g/mol 이지. 그런데 왜 이걸 갑자기 떠올렸지? 아, 어제 화학 공부하다가 멈췄던 부분이 생각났나봐.

그러고보니 2몰의 산소 원자 개수 계산한 거 있었지? 2몰 × 6.02 × 10²³ 개/몰 = 1.204 × 10²⁴ 개. 이거 계산하는 거 은근 재밌어. 숫자가 엄청 크니까 뭔가 웅장한 느낌? ㅋㅋㅋ

탄소는 원자량이 12g/mol 이니까 24g이면 2몰이네. 흑연 24g이 2몰이라는 건 그냥 계산으로 딱 나오는 건데… 뭔가 더 복잡하게 생각했던 것 같아. 내가 괜히 어려운 문제 풀려고 했나 싶기도 하고. 오늘은 그냥 여기까지만 하고, 내일 다시 봐야겠다. 아, 숙제 밀리면 안 되는데… 으악!

산소 1몰의 부피는 얼마인가요?

산소 1몰의 부피요? 음… 그거 딱 떨어지는 답이 없다는 거 아세요? 마치 제가 냉장고에 든 맥주 찾듯이 애매하다는 거죠. 왜냐면 부피는 온도와 압력에 따라 춤을 추거든요.

핵심은 표준 상태에서 이야기해야 한다는 거예요. 표준 상태? 그건 마치 연애 초창기처럼, 모든 조건이 완벽하게 갖춰진 이상적인 상황이라고 생각하면 됩니다. 그런데 현실은 냉혹하죠. 표준 상태 (0℃, 1기압)에서 산소 1몰의 부피는 22.4L 입니다.

생각해보세요. 22.4L라니! 그건 제가 겨울에 입는 두툼한 패딩 점퍼 정도의 부피에요. 그 작은 공간에 산소 분자가 무려 6.02 x 10²³개나 들어있다니… 상상이 가시나요? 제 머릿속 생각만큼 복잡하네요. 마치 제가 쓴 밀린 일기장처럼 방대하죠.

자, 이제 좀 더 깊이 파고들어 볼까요?

• 아보가드로의 법칙: 이 법칙 덕분에 우리는 1몰에 몇 개의 분자가 있는지 알 수 있습니다. 아보가드로 할아버지께 감사해야 할 일이죠. 그분 덕분에 저도 이렇게 산소 몰에 대해 설명할 수 있으니까요.
• 이상기체 상태 방정식(PV=nRT): 이 방정식은 온도와 압력이 바뀌면 부피도 바뀐다는 걸 보여줍니다. 마치 제 기분이 날씨에 따라 오락가락하는 것처럼요. 표준 상태가 아닌 다른 조건에서는 이 방정식을 써서 산소 1몰의 부피를 계산해야 해요. 계산기 준비하셔야 할 겁니다.
• 실제 기체: 실제 세상의 산소는 이상기체와는 조금 달라요. 분자들이 서로 끌어당기는 힘이 있거든요. 마치 제가 맛있는 빵을 보면 참을 수 없는 것처럼요. 그래서 실제 산소의 부피는 표준 상태에서 22.4L보다 조금 다를 수 있습니다.

이 정도면 충분히 이해하셨으리라 믿습니다. 하지만 혹시 더 궁금한 점이 있으시다면 언제든지 저에게 다시 물어보세요! 제가 아는 한도 내에서 최선을 다해 설명해 드리겠습니다. (물론, 제 냉장고에 있는 맥주는 제외하고요!)

산소 기체의 몰 질량은 얼마인가요?

아이고, 산소 기체의 몰 질량 말이십니까? 그거야 뭐, 숨 쉬는 공기만큼이나 간단하죠!

• 정확히 말하면 31.9976 g/mol인데, 마치 31살 먹은 총각이 32살이라고 우기는 것처럼, 그냥 32.00 g/mol로 퉁 쳐도 아무도 뭐라 안 합니다.

• 산소 원자 두 개가 손을 잡고 춤을 추는 모습, 상상되시죠? 그 둘의 무게를 합친 게 바로 저 32라는 숫자입니다. 마치 김 씨네 쌍둥이 아들, 둘이 합쳐 160kg 나가는 것처럼 묵직하죠!

• 에이, 뭘 그렇게 깐깐하게 따지십니까? 어차피 숨 쉴 때마다 저울 들고 재는 것도 아니잖아요? 대충 32라고 생각하고 편하게 숨 쉬세요!

분자량의 단위는 무엇입니까?

분자량 재는 단위? 그거 뭐, 달톤(Da) 아니면 amu(원자 질량 단위)죠.

• 달톤: 탄소-12 원자 질량의 1/12. 뭔가 엄청 과학적인 척 하지만, 사실 amu랑 거의 똑같아요.
• amu: 얘도 뭐, 원자 질량 잴 때 쓰는 흔한 단위.

근데 화학 좀 한다는 사람들은 g/mol (그램/몰)도 많이 써요. 왜냐면, 분자량 ‘값’이랑 몰 질량 ‘값’이 똑같거든요! 계산하기 얼마나 편하게요? 마치 친구 생일이랑 내 시험 날짜가 겹치는 것처럼, 묘하게 땡큐한 상황이죠.

분자량 공식은 무엇입니까?

아, 분자량 공식? 갑자기 생각났네. 어제 화학 공부하다가 막혔던 부분인데… 정확히는 공식이라고 하기엔 좀 애매하긴 한데… 그냥 원자량 더하는 거잖아?

H₂O의 분자량 계산하는 거 생각하면 딱임. 수소 원자량 1.00784 u 두 개에 산소 원자량 15.9994 u 더하면 되니까… (2 × 1.00784 u) + 15.9994 u = 18.01508 u 이렇게! 별거 아니네.

근데 몰 질량이랑 똑같다고? 그게 뭔 소리지? 몰 질량이 뭐였더라… 아, 1몰 당 질량이지! 그럼 분자량이랑 단위만 다르고 같은 값이라는 거네. 분자량은 u, 몰 질량은 g/mol이고.

어제 교수님이 엄청 강조하셨는데… 아, 그러고 보니 단위만 주의하면 되는구나. u랑 g/mol이라는 거… 헷갈리지 말아야지. 시험 문제에 꼭 나올 것 같아.

내일 시험인데… 아휴, 다시 한번 정리해야겠다. 수소 원자량, 산소 원자량… 이번엔 이산화탄소 CO₂의 분자량도 계산해봐야지. 탄소 원자량 찾아봐야겠다. 12.011 u였나?

아, 잠깐! 분자량 계산은 원자량을 더하는 거다! 이거 핵심이네. 이걸 잊지 말아야지. 그리고 단위! u와 g/mol 확실히 알아두고 시험봐야겠다. 망치면 큰일이야. ㅠㅠ

탄소가 원자량의 기준인 이유는 무엇인가요?

허허, 탄소가 원자량 기준이 된 사연이 궁금하시다니! 마치 옛날 옛적 호랑이 담배 피던 시절 이야기 같구먼.

• 탄소, 그놈의 ’12’: 세상에 원소는 많고 많지만, 왜 하필 탄소냐? 간단합니다. 탄소 중에서도 탄소-12라는 녀석을 딱! 정해서 원자량 12로 퉁 쳐버린 거죠. 마치 동네 이장님이 “자, 앞으로 쌀 한 가마니는 무조건 80kg!”하고 정해버린 꼴이랄까요?

• 수소는 1.008, 산소는 15.999: 탄소가 기준이 되니, 수소는 1.008, 산소는 15.999… 마치 키 재듯이 상대적인 무게가 정해지는 겁니다. 수소는 쬐끄맣고, 산소는 묵직한 녀석이죠.

• 존재비율 따위, 상관없다! (거의): 탄소-12가 98.9%나 되니 거의 대부분이고, 탄소-13은 1.1%밖에 안 되지만… “에이, 그거 무시하자!” 하고 탄소-12만 기준으로 삼은 겁니다. 물론 표준 원자량은 12.011로 적지만, 탄소-12가 주인공인 건 변함없죠!

자, 이제 탄소가 왜 원자량 기준인지, 마치 옆집 할머니가 옛날 이야기 들려주듯 아시겠죠? 껄껄껄!

탄소 원자의 특징은 무엇인가요?

야, 탄소 원자 이야기? 어렵게 생각할 필요 없어! 내가 설명해줄게. 핵심은 원자가 전자가 4개라는 거야. 그게 뭐냐면, 다른 원자랑 손잡고 친구 될 수 있는 자리가 4개나 있다는 거지. 그래서 엄청 다양한 친구들을 사귈 수 있고, 덕분에 탄소 화합물 종류가 어마어마하게 많은 거야. 물, 이산화탄소, 플라스틱, 설탕… 다 탄소가 들어있잖아? 신기하지?

그리고 탄소 원자가 많이 모이면, 끓는점도 높아져. 마치 친구가 많으면 떼어내기 힘든 것처럼 말이야. 같은 원자로 이루어졌어도, 구조가 다르면 성질이 완전 달라져. 예를 들어, 다이아몬드랑 흑연은 둘 다 탄소로만 이루어져 있지만, 하나는 엄청 단단하고, 하나는 부드럽잖아? 구조가 다르니까 성질도 다르다는 거지. 내가 고등학교 때 화학 시간에 배웠는데, 그때 진짜 신기했어. 특히 그 다이아몬드랑 흑연 비교는 아직도 기억나! 쌤이 그림까지 그려가면서 설명해줬는데… ㅎㅎ

내가 작년에 봤던 화학책에는 이런 내용도 있었어. 탄소 원자는 사슬 모양, 고리 모양, 가지 친 모양 등등 다양한 구조를 만들 수 있대. 그래서 더더욱 많은 종류의 화합물이 생기는 거고. 나중에 우리 애들한테도 이런 거 설명해줘야지. 아, 근데 솔직히 화학은 어려워. 그래도 탄소 원자 이야기는 좀 재밌어. 나도 처음에는 잘 몰랐는데, 조금씩 공부하다 보니까 이해가 되더라구.