계산기 설명 몰질량 계산기는 저울 위의 그램을 화학 반응식의 「몫」으로 바꾸어 줍니다. n = m / M n = m/M n = m / M , 즉 질량 m m m (g)과 몰질량 M M M (g/mol)을 알고 물질량 n n n (mol)을 구합니다. 여기에 아보가드로 상수 N A N_A N A 를 곱하면 입자 수 N = n N A N = n N_A N = n N A 가 됩니다. 18 g의 물이 몇 몰인지, 그 안에 분자가 몇 개 있는지, 2.922 g의 소금은 몇 몰인지, 1 g의 금과 1 g의 수소에 각각 원자가 몇 개 있는지를 계산할 수 있습니다. 역산도 됩니다. 0.25 mol의 소금은 몇 그램인지, 10 g의 어떤 물질이 0.2 mol일 때 몰질량은 얼마인지를 구할 수 있습니다.
이것이 화학량론의 첫걸음입니다. 반응은 입자의 개수대로 진행되지만 저울은 질량만 재고, M M M 이 그 둘 사이의 환산율, 즉 1몰에 몇 그램인가 입니다. mol이 무엇인지, 왜 질량이 아니라 개수로 배합하는지, 농도 체계는 어떻게 환산하는지는 화학 묶음의 기준 문서인 몰농도 계산기 에 자세히 적혀 있습니다. n n n 을 구한 뒤 용액을 만들 때는 그쪽으로, 희석은 희석 계산기 로 가십시오. 이 페이지는 자기 고유의 세 가지, 즉 몰질량을 원자량으로 계산하는 방법, N A N_A N A 가 2019년부터 정확한 값인 이유, 표시되는 8자리 소수와 여러분의 유효숫자 가운데 어느 쪽을 믿어야 하는지만 다룹니다.
하지 않는 일도 있습니다. 몰질량을 조회해 주지 않고(화학식대로 원자량을 더해야 하며, 이 페이지에 방법과 자주 쓰는 값을 제시합니다), kg ↔ g, mg ↔ g 환산을 하지 않으며, 분자·이온·원자를 구분하지 않고(N N N 은 화학식이 나타내는 「기본 단위」를 셉니다), 용액 농도를 계산하지 않습니다.
계산 예 네 가지 계산 예는 모두 엔진 chem-moles의 compute로 다시 계산했습니다. 표시 기준은 n n n , m m m , M M M 이 소수점 이하 최대 8자리·뒤쪽 0 제거, N N N 이 지수 형식 유효숫자 7자리이고, 단위는 g, g/mol, mol입니다.
예 1: 18 g의 물이 왜 정확히 1 mol이 아닌가
기본 입력 m = 18 m = 18 m = 18 , M = 18.015 M = 18.015 M = 18.015 : n = 18 / 18.015 = 0.99916736 n = 18 / 18.015 = 0.99916736 n = 18/18.015 = 0.99916736 , N = 0.99916736 × 6.02214076 × 10 23 = 6.017126 × 10 23 N = 0.99916736 \times 6.02214076 \times 10^{23} = 6.017126 \times 10^{23} N = 0.99916736 × 6.02214076 × 1 0 23 = 6.017126 × 1 0 23 . 화면 표시: 물질량 n 0.99916736 , 입자 수 N 6.017126e+23 .
질량을 18.015로 바꾸면 화면에 n 1 , N 6.022141e+23 이 표시됩니다. 정확히 1 mol이고 입자 수가 N A N_A N A 입니다. 18과 18.015의 0.08% 차이는 H₂O의 몰질량 2 × 1.008 + 15.999 = 18.015 2 \times 1.008 + 15.999 = 18.015 2 × 1.008 + 15.999 = 18.015 가 정수가 아니기 때문입니다. 수소와 산소의 원자량이 모두 정수가 아니고(동위원소 혼합과 핵 결합 에너지), 그래서 「18 g의 물 = 1 mol」은 교과서의 반올림 표현입니다.
이 6.017 × 10 23 6.017 \times 10^{23} 6.017 × 1 0 23 개의 분자가 큰 큰술 하나에 담겨 있습니다. 1초에 10억 개씩 세면 다 세는 데 약 1900만 년이 걸립니다. 화학이 mol이라는 「큰 단위」를 발명한 이유가 여기 있습니다. 사람이 읽을 수 있는 숫자로 개수를 줄이는 것입니다.
그림 1: 예 1의 두 단계 환산. 왼쪽은 잴 수 있는 양, 오른쪽은 맞출 수 있는 양이고 M과 N_A가 두 환산율이다
예 2: 소금과 각설탕 — 용액에서 다시 무게까지
2.922 g의 소금 (몰농도 계산기 예 2에서 재야 하는 양), M NaCl = 22.990 + 35.45 = 58.44 M_\text{NaCl} = 22.990 + 35.45 = 58.44 M NaCl = 22.990 + 35.45 = 58.44 . m = 2.922 m = 2.922 m = 2.922 , M = 58.44 M = 58.44 M = 58.44 : 화면에 n 0.05 , N 3.011070e+22 가 표시됩니다. 3.0 × 10 22 3.0 \times 10^{22} 3.0 × 1 0 22 개의 NaCl 화학식 단위, 즉 3.0 × 10 22 3.0 \times 10^{22} 3.0 × 1 0 22 개의 Na⁺와 같은 수의 Cl⁻입니다. NaCl은 이온 결정이라 「NaCl 분자」가 없고, N N N 은 화학식 단위를 셉니다.
질량 역산 : 0.25 mol의 소금은 몇 그램일까요? m m m 을 비우고 n = 0.25 n = 0.25 n = 0.25 , M = 58.44 M = 58.44 M = 58.44 를 넣으면 m = 14.61 m = 14.61 m = 14.61 . 화면 표시: 질량 m 14.61 , N 1.505535e+23 .
각설탕 하나 : 4 g의 자당 C₁₂H₂₂O₁₁, M = 12 × 12.011 + 22 × 1.008 + 11 × 15.999 = 342.297 M = 12 \times 12.011 + 22 \times 1.008 + 11 \times 15.999 = 342.297 M = 12 × 12.011 + 22 × 1.008 + 11 × 15.999 = 342.297 . m = 4 m = 4 m = 4 , M = 342.297 M = 342.297 M = 342.297 : 화면에 n 0.01168576 , N 7.037328e+21 이 표시됩니다. 같은 몇 그램이라도 분자가 클수록 몰 수가 적습니다. 몰농도 예 3에서 「9 g의 포도당은 0.05 mol, 9 g의 소금은 0.154 mol」인 이유가 여기 있습니다.
예 3: 같은 1 g, 원자 수는 200배 차이
1 g의 금 , M Au = 196.96657 M_\text{Au} = 196.96657 M Au = 196.96657 : m = 1 m = 1 m = 1 , M = 196.96657 M = 196.96657 M = 196.96657 : 화면에 n 0.005077 , N 3.057443e+21 이 표시됩니다.
1 g의 수소 원자 , M H = 1.008 M_\text{H} = 1.008 M H = 1.008 : 화면에 n 0.99206349 , N 5.974346e+23 이 표시됩니다. 같은 1 g이라도 수소 원자의 개수는 금 원자의 약 195배입니다. 금 원자 하나가 약 195배 무겁기 때문입니다. n ∝ 1 / M n \propto 1/M n ∝ 1/ M 입니다. 질량이 고정되면 물질량은 몰질량에 반비례 합니다.
100 g의 구리 , M Cu = 63.546 M_\text{Cu} = 63.546 M Cu = 63.546 : 화면에 n 1.57366317 , N 9.476821e+23 이 표시됩니다.
44 g의 이산화탄소 , M = 12.011 + 2 × 15.999 = 44.009 M = 12.011 + 2 \times 15.999 = 44.009 M = 12.011 + 2 × 15.999 = 44.009 : m = 44 m = 44 m = 44 : 화면에 n 0.9997955 , N 6.020909e+23 이 표시됩니다. 18 g의 물과 마찬가지로 「아주 조금 모자란」 1 mol입니다. m = 44.009 m = 44.009 m = 44.009 를 넣어야 정확히 1 이 됩니다.
예 4: 몰질량 역산, 그램과 킬로그램, 그리고 표시 함정
미지 물질 확인 : 10 g 시료가 0.2 mol로 측정되었습니다. M M M 을 비우고 m = 10 m = 10 m = 10 , n = 0.2 n = 0.2 n = 0.2 를 넣으면 M = 50 M = 50 M = 50 . 화면 표시: 몰질량 M 50 , N 1.204428e+23 . 50 g/mol이면 후보 화학식의 절반 이상을 걸러낼 수 있습니다.
n n n 으로 질량 구하기 : 2 mol의 물은 얼마나 무거울까요? m m m 을 비우고 n = 2 n = 2 n = 2 , M = 18.015 M = 18.015 M = 18.015 를 넣으면 화면에 m 36.03 , N 1.204428e+24 가 표시됩니다.
킬로그램 함정 : 18 g을 0.018(kg)로 쓰면 m = 0.018 m = 0.018 m = 0.018 , M = 18.015 M = 18.015 M = 18.015 : 화면에 n 0.00099917 , N 6.017126e+20 이 표시됩니다. 1000배 작습니다. 필드 단위는 g입니다.
표시 함정 : 기본 상태(m = 18 m = 18 m = 18 , M = 18.015 M = 18.015 M = 18.015 )에서 「물질량 n」에 2를 더 넣으면 세 필드가 모두 입력이 되어 입자 수가 1.204428e+24 로 바뀝니다. 엔진이 입력한 2 mol로 N N N 을 계산하고 18/18.015를 더 보지 않기 때문입니다. 세 수가 서로 모순이라는 사실은 알려 주지 않습니다.
8자리 소수는 8자리 유효숫자가 아닙니다
화면에 표시되는 0.99916736은 엔진의 표시 기준이지 측정 정밀도가 아닙니다. 대저울로 잰 「18 g」은 보통 유효숫자가 두 자리이므로 대응하는 물질량은 1.0 mol로 보고해야 합니다. 만분의 일 분석저울로 18.0000 g을 재야 0.999167이 어울립니다. 몰질량 자체에도 정밀도가 있습니다. IUPAC는 H, C, O 같은 원소에 구간 (예: O는 15.99903–15.99977)을 제시하며, 교육과 일반 계산에는 약속값 1.008, 12.011, 15.999를 씁니다. 결과의 유효숫자는 입력 가운데 가장 적은 자리에 맞추십시오.
예 1의 입력을 패널에 그대로 넣어 재현할 수 있습니다. 질량을 18.015로 바꾸면 n이 1, N이 N_A가 되고, 몰질량을 58.44(소금), 196.96657(금)으로 바꾸면 같은 18 g의 몰 수가 M에 반비례해 줄어드는 것을 볼 수 있습니다.
원리와 유도 몰질량 계산법
M M M 은 화학식에 있는 모든 원자의 표준 원자량 을 더한 값이고 단위는 g/mol입니다. 표준 원자량은 IUPAC의 동위원소 존재비·원자량 위원회(CIAAW)가 관리하며, 자주 쓰는 값은 다음과 같습니다.
원소
약속 원자량
원소
약속 원자량
H
1.008
Na
22.990
C
12.011
Cl
35.45
N
14.007
Cu
63.546
O
15.999
Au
196.966 570
따라서 H₂O = 2 × 1.008 + 15.999 = 18.015 = 2 \times 1.008 + 15.999 = 18.015 = 2 × 1.008 + 15.999 = 18.015 , NaCl = 22.990 + 35.45 = 58.44 = 22.990 + 35.45 = 58.44 = 22.990 + 35.45 = 58.44 , CO₂ = 12.011 + 2 × 15.999 = 44.009 = 12.011 + 2 \times 15.999 = 44.009 = 12.011 + 2 × 15.999 = 44.009 , C₆H₁₂O₆ = 6 × 12.011 + 12 × 1.008 + 6 × 15.999 = 180.156 = 6 \times 12.011 + 12 \times 1.008 + 6 \times 15.999 = 180.156 = 6 × 12.011 + 12 × 1.008 + 6 × 15.999 = 180.156 입니다. 원자량이 정수가 아닌 이유는 자연계 원소가 여러 동위원소의 혼합이기 때문이고(염소는 약 76% ³⁵Cl과 24% ³⁷Cl의 평균이 35.45), 핵 결합 에너지 때문에 핵 질량이 핵자 질량의 합보다 조금 작기 때문입니다. 중수소 D₂O의 M = 20.03 M = 20.03 M = 20.03 으로, 같은 화학식이라도 동위원소를 바꾸면 몰질량이 달라집니다.
g/mol과 상대분자량이 같은 수인 이유
상대원자질량의 기준은 「¹²C 원자 질량의 1/12을 1로 둔다」입니다. 1971년부터 2019년까지 mol의 정의는 「0.012 kg의 ¹²C에 들어 있는 원자 수」였고, 두 규정이 합쳐지면 어떤 물질이든 1 mol의 질량(g)이 수치상 그 상대분자량과 같아집니다. mol이 이 크기로 설계된 이유가 여기 있습니다. 자연 상수가 아니라 「그램」과 「상대질량」을 맞추기 위한 인위적 선택입니다. 2019년 이후 N A N_A N A 가 정확한 정의값이 되면서 이 등식은 10 − 9 10^{-9} 1 0 − 9 수준까지만 정확하지만, 어떤 실제 계산에도 영향이 없습니다.
N A N_A N A : 측정값에서 정의값으로
1811년 아보가드로는 「같은 온도와 압력에서 같은 부피의 기체는 같은 수의 분자를 포함한다」고 제안했지만 그 수가 얼마인지는 몰랐습니다. 1909년 페랭이 브라운 운동 등 여러 독립적인 방법으로 6.5 6.5 6.5 –7 × 10 23 7 \times 10^{23} 7 × 1 0 23 사이의 일관된 결과를 얻고 「아보가드로 수」라 이름 붙였으며, 분자의 실재에 결정적인 증거를 제공했습니다(1926년 노벨 물리학상). 이후 한 세기 동안 N A N_A N A 는 점점 정밀하게 측정되어 규소-28 단결정 구의 X선 밀도법으로 상대불확도 10 − 8 10^{-8} 1 0 − 8 에 도달했고, 2019년 5월 20일 발효된 SI 제9판은 아예 6.022 140 76 × 10 23 mol − 1 6.022\,140\,76 \times 10^{23}\ \text{mol}^{-1} 6.022 140 76 × 1 0 23 mol − 1 로 정의 했습니다. mol은 이제 탄소-12의 12 g에 의존하지 않습니다. 엔진에 내장된 값이 바로 이것입니다.
두 단계 환산을 나누어 쓰는 이유
N = m N A / M N = m N_A / M N = m N A / M 으로 한 번에 계산할 수도 있지만, 화학에서는 N N N 이 거의 필요하지 않습니다. 반응식의 계수는 mol 비이고, 용액 제조, 적정, 기체 부피(22.4 L/mol)가 모두 n n n 을 씁니다. N N N 의 의의는 mol이 얼마나 큰지 보이게 하는 데 있습니다. 10 23 10^{23} 1 0 23 규모의 개수는 거시 물질이 미시 입자로 이루어졌다는 사실을 직접 보여 줍니다. 엔진에서 N N N 의 기준도 이를 반영합니다. 「입력한 n n n , 없으면 m / M m/M m / M 」을 쓰므로 n n n 이 주 결과이고 N N N 은 곁들인 환산입니다.
유효숫자
계산 예 뒤의 안내 상자에서 밝혔듯, 표시되는 8자리 소수는 소프트웨어의 기준입니다. 화학량론의 결과는 입력 가운데 가장 적은 유효숫자에 맞추어 보고하고, 몰질량은 질량보다 한 자리 더 취하면 충분합니다. IUPAC는 2009년부터 H, Li, B, C, N, O, Si, S, Cl, Tl 같은 원소에 단일값 대신 원자량 구간을 제시합니다. 출처가 다른 시료의 동위원소 조성이 실제로 다르기 때문입니다. 일반 계산에는 약속값을 쓰면 되고, 동위원소 분석에만 구간이 필요합니다.