1. 개요
Molarity 또는 Molar concentration화학에서 흔히 쓰이는 농도의 개념 중 하나이며, 용액의 단위 부피에 포함된 용질의 물질량[1]을 나타낸다. 즉 용질의 물질량을 [math(n)], 용액의 부피를 [math(V)]라고 하면 몰농도 [math(c)][2]는
| [math(c=\dfrac nV)] |
단위로는 정의에 따라 [math(\pu{mol/L} = \pu{mol/dm3})][3] 또는 이들과 등가 단위인 [math(\pu M)]를 쓰며[4], [math(\pu M)]는 본 물리량의 이름을 따 '몰라(molar)'라고 읽는다.[5] 즉 어떤 용액의 농도가 [math(\pu{1mol/L} = \pu{1M})]라는 것은 용액 [math(\pu{1L} = \pu{1000mL})]에 용질 [math(\pu{1mol})]이 포함되어있다는 뜻이다.[6]
이때 물질 [math(\ce A)]에 대한 몰 농도를 대괄호를 이용하여 [math(\rm[A])]처럼 표시할 수 있다.[7] 예컨대 [math(\bigl[\ce{H3O+}\bigr]=\pu{1.0E-7M})]는 옥소늄 이온의 몰 농도가 [math(\pu{1.0E-7M})]임을 뜻한다.
물질량이라는 개념이 탄생한 배경과 비슷하게, 화학 반응에서 중요한 것은 질량보다 반응 전후 물질의 입자수 또는 그 비율이므로 이를 파악하기 위해 탄생한 개념이다.
2. 의의와 한계
몰 농도에는 단점이 있는데, 정의에 용액의 '부피'를 쓴다는 것이다. 고체와 액체는 열에 의해 열팽창을 하기 때문에 온도가 변하면 부피가 변하고 그에 따라 몰 농도가 달라진다. 이 단점을 해결하기 위해 등장한 개념이 몰랄 농도이다.화학 관련 실험을 진행할 때에 기본적인 고려사항 중 하나이다. 실제 실험을 진행할 때에는 용질의 몰 질량을 곱해준 질량 농도로 치환하여 정량하는데, 어차피 물질량은 질량을 통해 간접적으로 계산되는 물리량이기 때문이다.
3. 용어의 혼동
영어로는 몰 농도(molarity)[8]와 몰랄 농도(molality)[9]가 설측음인가 아닌가밖에 차이가 없다 보니 처음 원서를 접하는 사람은 두 개념의 구분에 주의를 요한다. 그리고 morality는 도덕이라는 전혀 다른 뜻을 지니므로 표기시 주의할 것.4. 교육과정에서
7차 교육과정(또는 2009 개정 교육과정)에서는 고등학교 화학Ⅱ에서 처음 등장한다. 대학수학능력시험 화학Ⅱ에서는 몰 농도, 몰랄 농도, 퍼센트(%) 농도 변환을 묻는 계산 문항이 반드시 한 문항씩 나온다.[10]2009 개정 교육과정시절까지는, 대학수학능력시험 화학Ⅰ에서 중화 반응 킬러 문제를 출제할 때 교육과정 상 '몰 농도'라는 용어를 사용할 수 없으므로 '용액의 단위 부피당 분자(또는 이온)수'라는 용어를 사용했었다.
2015 개정 교육과정에서는 화학Ⅰ에도 몰 농도와 퍼센트 농도 관련 내용이 추가되었다. 이에 따라 2021학년도 수능부터는 화학Ⅰ에서도 화학Ⅱ와 마찬가지로 농도 변환 계산 문항이 하나씩 출제되었다. 또한 중화 반응 킬러 문제에서도 '단위 부피당 ~수'라는 복잡한 표현 대신, 간결하게 '몰 농도(상댓값)'라는 용어를 사용하여 조건을 제시하게 되었다.
5. 관련 문서
[1] '물질량'(amount of substance)이라는 용어가 익숙하지 않다보니 '몰질량'(molar mass)으로 오용되는 경우가 많은데, 몰질량은 말 그대로 '어떤 물질이 [math(\pu{1mol})]일 때의 질량', 즉 [math(\rm g/mol)]으로 나타내는 물리량을 의미하며 물질량과는 다른 개념이다. 교육 현장에서는 혼동을 피하기 위해 흔히 '몰 수'라는 용어를 쓰는데 물질량의 수치를 의미하므로 엄밀하게 따지면 정확한 명칭은 아니다.[2] 광속 [math(ctriangleqpu{299792458m*s-1})]와 기호가 겹치므로 반드시 몰 농도임을 명시해야 한다.[3] [math(\pu{cm3} = \pu{mL})]이므로
[math(\begin{aligned}\pu L &=\pu{E3mL} = \pu{E3cm3} = (\pu{10cm})^3 \\ &=\bigl(\pu{10E-2m}\bigr)^3 = \bigl(\pu{E-1m}\bigr)^3 \\ &= (\pu{dm})^3 = \pu{dm3} \end{aligned})]
이다. 즉 표기만 다를 뿐 사실상 같은 단위이며 [math(\pu L)]가 SI 단위가 아니기 때문에 [math(\pu{dm3})]을 쓰는 것이다.[4] 국제단위계에서는 사람 이름에서 따온 단위만 대문자로 나타내는 것으로 규정하고 있으므로 본 단위는 사용을 권장하지 않는다. 그도 그럴 것이 대문자로 나타낸 이유가 단순히 미터([math(\pu m)])와의 혼동을 피하기 위한 것이었기 때문이다.그리고 기어코 몰랄 농도가 등장하면서 문제를 일으켰다. 또한 [math(\pu M)]에는 길이 단위인 해리라는 뜻도 있다.[5] molar는 어금니라는 뜻도 있으므로 혼동에 주의.[6] [math(\pu M)]를 단위로 쓰는 경우 [math(\pu{mM} = \pu{E-3M})], [math(\pu{\textμM} = \pu{E-6M})], [math(\pu{nM} = \pu{E-9M})]도 접할 수 있다. 참고로 SI 기본 단위만으로 표현한 [math(\rm mol/m^3)]가 다음과 같이 [math(\rm mM)]와 등가이다.
[math(\begin{aligned}\pu M &=\pu{mol/dm3} = \pu{mol}/\bigl(\pu{E-1m}\bigr)^3 \\ &=\pu{mol}/\bigl(\pu{E-3m3}\bigr) \\ &=\pu{E3mol/m3}\end{aligned} \\ \therefore \pu{mol/m3} = \pu{E-3M} = \pu{mM})][7] 평형 상수식에서 자주 쓰인다.[8] 발음 /moulǽrəti/ 몰ː래러티[9] 발음 /moulǽliti/ 몰ː랠리티[10] ex.) 용질의 화학식량을 [math(M)]이라 하고, 용액의 밀도 [math(d)]의 단위를 [math(\rm g/mL)]로 나타냈을 경우, 퍼센트농도 [math(c_\%)]를 몰농도 [math(c)]로 환산하는 관계식은 [math(c = \cfrac{10d(c_\%/\%)}M)]이다. (단 [math((c_\%/\%))]은 퍼센트 농도의 수치)
[math(\begin{aligned}\pu L &=\pu{E3mL} = \pu{E3cm3} = (\pu{10cm})^3 \\ &=\bigl(\pu{10E-2m}\bigr)^3 = \bigl(\pu{E-1m}\bigr)^3 \\ &= (\pu{dm})^3 = \pu{dm3} \end{aligned})]
이다. 즉 표기만 다를 뿐 사실상 같은 단위이며 [math(\pu L)]가 SI 단위가 아니기 때문에 [math(\pu{dm3})]을 쓰는 것이다.[4] 국제단위계에서는 사람 이름에서 따온 단위만 대문자로 나타내는 것으로 규정하고 있으므로 본 단위는 사용을 권장하지 않는다. 그도 그럴 것이 대문자로 나타낸 이유가 단순히 미터([math(\pu m)])와의 혼동을 피하기 위한 것이었기 때문이다.
[math(\begin{aligned}\pu M &=\pu{mol/dm3} = \pu{mol}/\bigl(\pu{E-1m}\bigr)^3 \\ &=\pu{mol}/\bigl(\pu{E-3m3}\bigr) \\ &=\pu{E3mol/m3}\end{aligned} \\ \therefore \pu{mol/m3} = \pu{E-3M} = \pu{mM})][7] 평형 상수식에서 자주 쓰인다.[8] 발음 /moulǽrəti/ 몰ː래러티[9] 발음 /moulǽliti/ 몰ː랠리티[10] ex.) 용질의 화학식량을 [math(M)]이라 하고, 용액의 밀도 [math(d)]의 단위를 [math(\rm g/mL)]로 나타냈을 경우, 퍼센트농도 [math(c_\%)]를 몰농도 [math(c)]로 환산하는 관계식은 [math(c = \cfrac{10d(c_\%/\%)}M)]이다. (단 [math((c_\%/\%))]은 퍼센트 농도의 수치)