알루미늄의 몰 질량은 얼마입니까? 다른 요소와 어떻게 비교됩니까?

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알루미늄이 없는 세상을 상상해 보세요. 지구상에서 가장 풍부한 금속인 이 금속은 지구 지각의 8% 이상을 차지합니다. 우리는 영국에서는 알루미늄이라고도 알려진 알루미늄을 사용하여 수많은 제품을 만듭니다. 여기에는 알루미늄 호일, 캔 및 기타 용기, 컴퓨터 및 기타 전자 제품, 건물, 비행기, 냉장고 및 에어컨, 의료 장비, 자동차 부품 등이 포함됩니다. 그러나 우리가 알고 있는 알루미늄은 자연에서 발견되지 않는 금속입니다. 대신에 알루미늄은 산화물과 같은 화합물을 형성하는데, 우리는 상당한 에너지를 사용하여 유용한 금속을 추출해야 합니다.

©Getty Images를 통한 HT Ganzo/iStock

이 기사에서는 알루미늄의 몰 질량(기호 Al)을 알아봅니다. 이것이 무엇을 의미하는지, 왜 중요한지 알아보겠습니다. 모든 원소와 모든 화합물을 의미하는 모든 순수 물질은 몰 질량을 갖습니다. 물질의 몰 질량은 물리적, 화학적 특성에 영향을 미칩니다. 물질의 몰 질량은 단순히 해당 물질 1몰의 질량(그램)입니다.

화학에서 두더지는 특정 양의 입자를 의미합니다. 이러한 입자는 원자일 수도 있고 분자일 수도 있습니다. 두더지의 입자 수는 일정합니다. 즉, 매번 동일하다는 의미입니다. 물질의 각 몰에 포함된 입자의 정확한 수는 대략 6.022 × 1023 단위이며, 이는 아보가드로 수 또는 아보가드로 상수라고도 알려져 있습니다. 이 상수는 숫자와 그 중요성을 처음으로 설명한 이탈리아 과학자 아마데오 아보가드로의 이름을 따서 명명되었습니다. 아보가드로의 수는 화학과 세상이 어떻게 작동하는지 이해하는 데 필수적입니다.

알루미늄의 몰 질량은 몰당 약 26.98g입니다. 이 값은 주기율표에 표시된 원소의 원자량에서 파생됩니다. 알루미늄 원자 1몰, 즉 6.022 × 1023 알루미늄 원자의 질량은 약 26.98g입니다. 이를 더 잘 이해하기 위해 알루미늄을 알려진 가장 작은 원소인 수소와 비교해 보겠습니다. 1몰의 수소 원자는 대략 1그램의 몰 질량을 갖습니다.

수소는 주기율표의 첫 번째 원소입니다. 각 수소 원자에는 양성자가 하나만 있고 중성자는 없습니다. 수소도 하나의 전자를 가지고 있지만 작은 전자는 무시할 수 있는 질량을 가지고 있습니다. 그러나 단일 양성자의 질량은 대략 1원자 질량 단위입니다. 1몰의 수소 원자는 1몰당 1.00784g의 질량을 가지며, 대부분의 경우 1몰당 1g으로 반올림될 수 있습니다.

알루미늄은 주기율표의 13번째 원소입니다. 원자번호는 13번이고 양성자는 정확히 13개이다. 사실상 자연계의 모든 알루미늄 원자는 안정한 27Al 동위원소로 존재하며 14개의 중성자를 갖고 있습니다. 13개의 중성자를 갖는 방사성 동위원소인 26Al이 아주 작은 비율로 존재합니다. 양성자와 중성자는 모두 동일한 대략적인 질량을 갖고 전자의 질량은 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에 양성자 13개와 중성자 14개를 포함하는 27Al의 몰질량은 몰당 약 27g이 될 것으로 예상할 수 있습니다. 알루미늄 원자 1몰의 계산된 질량은 몰당 약 26.98g으로 약간 적습니다. 왜냐하면 자연적으로 발생하는 26Al 원자의 작은 비율이 몰 질량을 약간 낮게 왜곡하기 때문입니다.

주기율표의 대부분의 원소는 알려진 두 가지 이상의 형태로 존재합니다. 이러한 형태 중 일부는 자연에서 발견되는 반면 다른 형태는 실험실에서 제조될 수 있습니다. 동위원소라고 불리는 각 원소의 이러한 다양한 형태는 동일한 수의 양성자를 가지고 있습니다. 그러나 각 동위원소에는 중성자 수가 다릅니다. 알루미늄에는 22개의 알려진 동위원소가 있으며 적게는 9개에서 많게는 30개의 중성자를 포함합니다. 이들 중 대부분은 불안정하고 수명이 짧으며 자연에서는 발견되지 않습니다. 자연에는 중성자 14개를 가진 27Al과 중성자 13개를 가진 26Al만이 존재합니다. 그리고 안정한 27Al 동위원소는 자연적으로 발생하는 알루미늄 원자의 거의 100%를 구성합니다.

원소의 몰 질량을 결정하려면 해당 원소의 자연적으로 발생하는 모든 동위원소의 평균을 계산해야 합니다. 그러나 그 평균은 각 동위원소가 나타내는 자연 발생 원자의 비율도 고려해야 합니다. 알루미늄의 경우 27Al은 26Al보다 훨씬 많은 양을 차지하며, 26Al은 자연 발생 원소의 1% 미만을 차지합니다.