학문
아보가드로 수와 몰이 나오게 된 과정이 어떻게 되나요?
탄소를 기준으로 한다고 하는데 그럼 그냥 원자량에 맞게 탄소 12g을 1몰로 하자하고 몰이 먼저 나온 후에 그 안에 개수를 세어보니 6.02 X 10^23개가 있었고 이걸 아보가드로 수라고 하자 라고 한건가요? 아니면 탄소 12g 안의 입자수를 세어보니 6.02 X 10^23개 였고 이걸 아보가드로 수라고 정의를 내린 후에 이걸 1몰이라고 하자 한건가요?
2개의 답변이 있어요!
안녕하세요.
몰이 먼저인지 아보가드로 수가 먼저냐는 질문을 해주셨는데요, 개념은 아보가드로가 먼저 등장하였고 숫자는 실험으로 나중에, 단위인 몰은 그 이후에 정의되었다고 보시면 됩니다.
먼저 19세기 초 아보가드로는 같은 온도와 압력에서 같은 부피의 기체는 같은 수의 입자를 가진다는 가설을 제시했는데요, 이 가설이 오늘날의 아보가드로 법칙입니다. 이 단계에서는 아직 6.02×10²³ 같은 구체적인 숫자가 언급되지는 않았으며 단순히 입자의 개수는 물질의 양과 비례한다는 개념만 존재했습니다. 이후 화학이 발전하면서 과학자들은 상대적 질량인 원자량과 실제 질량을 연결해야 할 필요가 생겼고, 그 과정에서 일정한 질량에는 항상 일정한 개수의 입자가 들어 있다는 개념이 정량화된 것입니다. 20세기 초에 들어서 장 페랭 등의 연구를 통해 브라운 운동 분석 등 다양한 방법으로 입자의 실제 개수를 실험적으로 추정할 수 있게 되었고, 그 결과가 바로 약 6.02 × 10²³이라는 값이며 이때 비로소 이 수를 아보가드로 수라고 부르게 되었습니다. 이후에 단위가 정리되었는데요, 화학에서는 실험적으로 질량(g)을 측정하면서도 이론적으로는 입자 수를 다뤄야 했기 때문에, 둘을 연결하는 단위가 필요했습니다. 그래서 입자 6.02 × 10²³개를 1몰로 정의하게 된 것입니다. 동시에 이 정의를 실험적으로 쓰기 쉽게 만들기 위해, 질량수 12로 구성된 탄소를 기준으로 12g에 들어 있는 입자 수를 1몰로 대응시키는 방식이 채택되었습니다. 즉 아보가드로 법칙이라는 입자 수 개념이 먼저 등장하였고, 그 후에 실험으로 입자 수 측정을 하여 아보가드로 수를 도출하였고, 최종적으로 수를 기준으로 몰을 정의하였고 질량수 12짜리 탄소를 질량 기준으로 정하여 실험과 연결시켰다고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.
안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
몰과 아보가드로 수가 정립된 과정은 화학사에서 중요한 전환점이었습니다. 처음에는 아보가드로가 1811년에 같은 온도와 압력에서 같은 부피의 기체는 같은 수의 분자를 가진다라는 가설을 제시했지만, 당시에는 원자와 분자의 실제 개수를 알 수 없었습니다. 다만 상대적인 비율만 이해할 수 있었습니다.
이후 화학자들은 반응에서 원자와 분자의 수를 직접 세는 것이 불가능하다는 점을 깨닫고, 일정한 개수를 하나의 단위로 묶어 표현할 필요성을 느꼈습니다. 연필 12자루를 1다스라고 하듯, 원자와 분자도 일정한 개수로 묶어 표현하기 위해 몰(mole)이라는 개념이 도입되었습니다. 이때 기준은 탄소-12 원자 12g에 들어 있는 원자 수를 1몰로 하자는 것이었습니다.
그 다음 단계는 실제로 그 안에 몇 개의 원자가 들어 있는지를 계산하는 일이었습니다. 19세기 후반 로슈미트가 기체 분자 운동론을 이용해 대략적인 분자 수를 추정했고, 20세기 들어 X선 결정학, 질량 분석법 등 다양한 실험 기법이 발전하면서 원자 질량과 원자 수를 정밀하게 측정할 수 있게 되었습니다. 그 결과 탄소-12 원자 12g 속에는 약 6.022 * 10^23개의 원자가 존재한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 수가 바로 오늘날 우리가 아보가드로 수라고 부르는 값입니다.
정리하면, 먼저 몰이라는 단위를 정의하고, 그 안에 들어 있는 원자 수를 측정하여 아보가드로 수로 명명한 것입니다. 즉, 탄소-12 12g = 1몰이라는 기준을 세운 뒤, 그 안에 들어 있는 원자 수가 6.022 * 10^23개라는 사실을 발견하고 이를 아보가드로 수라 부른 것입니다.