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오늘은 몰(mole)에 대해 이야기 나눠 보겠습니다.
자, 여러분이 어떻게 생각하실지 알아요 : "나 몰이 뭔지 알아"
"몰은 작은 털복숭이 짐승이지 땅에 구멍을 뚫고 사는 정원을 망가뜨려 놓는 놈이지"
그리고 어떤 사람은 이모님의 얼굴에 난 털이 박힌 점이라고 생각할 수 있습니다.
그런데 우리가 여기서 말하는 몰은 화학에서 분자나,
원자와 같이 아주 작은 것들을 세는 개념입니다.
우주에는 얼마나 많은 원자들이 있는지 생각해본적 있나요?
또는 여러분의 몸이나 모래 알갱이 같은것에도 말이죠.
과학자들은 그런 질문에 해답을 찾고 싶었습니다,
하지만 원자처럼 작은 것들을 어떻게 셀 수 있을까요?
1811년에 어떤 사람이, 같은 온도와 압력에서
액체가 동일한 부피를 가진다면,
그 액체는 동일한 입자수를 가진다는 생각을 했습니다.
그의 이름은 로렌조 로마노 아메데오 카를로 아보가르도(Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro) 입니다.
이 분은 이름이 길어서 서명을 하려면 얼마나 오래 걸릴지 모르겠어요.
불행히도, 아보가르도의 생각을 대부분의 과학자들이 인정하지 않았습니다,
그리고 그의 생각 옳다는것을 증명할 방법도 없었습니다.
원자와 분자 사이에 명확한 차이점도 없었습니다.
대부분의 과학자들은 아보가르도의 연구를 단순히 가설정도로 생각했습니다,
그리고 많은 관심을 가지지 않았습니다.
하지만 1860년대 말경에 그가 옳다는 것이 판명되었습니다,
아보가르도의 개념은 증명되었고, 원자이론의
기반을 닦았습니다. 하지만 불행히도 아보가르도는 1856년에 사망했죠.
작은 샘플안에서 조차도 입자의 양은
아주 큽니다. 예를 들어,
섭씨 0도에, 1기압의 압력에
풍선크기의 액체가 있다면,
정확하게 602 곱하기 10의 21제곱개(sextillion)의 입자가 존재합니다.
즉, 6 밑으로 23개의 0이 있는 숫자만큼 입자가 풍선안에 존재하게됩니다.
또는 과학적 표기법으로는 6.02 곱하기 10의 23제곱개의 입자수입니다.
이런 예는 다소 오류를 가져올 수 있습니다,
왜냐하면 기체는 입자의 운동에너지 때문에 많은 공간을 차지하고 있기 때문입니다,
그리고 원자는 실제보다 더 큽니다.
물 분자를 생각해보죠.
물잔에 18.01그램의 물을 채우면,
18.01 밀리리터(Milliliters) 또는 3과 1/2 티스푼정도의 부피입니다,
그럼 6.02 곱하기 10의 23제곱개의 물분자가 존재합니다.
로렌조 로마노 이후로, -- 아하 잊지마세요 -- 아보가르도가 이런 생각을 처음한 사람입니다,
그래서 6.02곱하기 10의 23제곱에 아보가르도의 이름을 붙여서
"아보가르도의 수" 라고 합니다.
그럼 몰로 다시 돌아와서, 동물 말구요.
이 숫자 말입니다. 이 수에는 두번째 이름이 있습니다.
화학자들은 몰이라는 용어를
602 섹스틸리온(6.02곱하기 10의 23제곱) 정도의 크기를 가늠할 때 사용합니다.
이것이 몰랄량(Molar Quantity)라고 합니다.
원자와 분자는 너무 작아서 화학자들은 몰이라는 개념으로 생각합니다.
6.02곱하기 10의 23제곱의
몰의 크기를 그려보기는 힘들기 때문에
학생들에게 몰의 개념은 어렵습니다.
너무 커서 우리의 뇌로 생각하기는 힘듭니다.
18.01 밀리리터의 물을 기억하세요?
물의 몰크기 입니다.
그런데 얼마나 큰건가요?
정확하게 602 섹스틸리온이 어느 정도 일까요?
이것이 도움이 될지도 모릅니다.
물분자를 도넛으로 바꾸어보죠.
몰크기 수만큼의 도넛이 있다면, 전체 지구의
8킬로미터 깊이, 그러니까 약 5마일까지
채울수 있습니다.
그걸 다 먹으려면 엄청난 양의 커피가 필요하겠군요.
몰크기 수만큼의 농구공이 있다면
지구 크기만한 행성을 만들수 있습니다.
여러분이 태어난 날 하루에 몰크기 수만큼의 1원짜리 동전을 받으면,
100세가 되어 죽는 날까지 초당 수십억을 쓰더라도
99.99%의 돈이 남게 됩니다.
좋습니다, 이제 몰이 얼마나 큰지 알았습니다.
그럼 어떻게 사용할까요?
여러분들이 포도, 고기, 달걀을 살 때 파운드 단위를 사용하는 것 처럼
화학자들이 같은 방법으로 사용한다는 걸 알면 놀랄겁니다.
야채 가게에 가서 소세지 43조각을 달라고 하지 않고
몇파운드를 달라고 합니다.
계란을 살때는, 묶음(dozen)으로 삽니다.
묶음이라는 단어를 말하면 우리는 보통 12개를 생각합니다.
또한 쌍(pair)은 2개라고 알고 있습니다,
빵집에서의 묶음은 13개입니다,
그로스(gross)는 144개이고, 종이를 세는 연(連)은 얼마일까요?
연(連) 은 500장입니다.
그래서 몰은 이런 것과 같은 단위입니다.
화학자들은 몰이라고 하면 6.02곱하기 10의 23제곱을 생각합니다,
작은 동물이 아닙니다. 단지 차이점은
다른 단위들은 우리에게 친숙할 뿐입니다.
이제 몰의 이야기를 아셨습니다,
아보가르도, 농구공, 그리고 야채가게에서 소세지를 사는 방법과 같습니다.