질량 보존
메테인 16.04 g을 산소 64.00 g과 태우면 이산화 탄소 44.01 g과 물 36.03 g이 생깁니다. 반응 전도 반응 후도 80.04 g입니다.
끌어서 돌리고, 휠이나 두 손가락으로 확대하세요.
장작 한 토막의 무게는 몇 킬로그램이지만, 다 타고 남은 재는 그보다 훨씬 가볍습니다. 반대로 바깥에 놓아둔 쇠못은 녹이 슬어 가면서 오히려 점점 무거워집니다. 이 두 가지 사실 때문에 수백 년 동안 사람들에게는 어떤 반응에서는 물질이 사라지고, 다른 반응에서는 물질이 새로 생기는 것처럼 보였습니다. 그런데 알고 보면 둘 다 같은 실수에서 나온 것입니다. 저울이 기체의 무게를 재지 않은 것입니다. 불에서는 연기와 이산화 탄소가 빠져나가고, 녹스는 못에는 공기 속 산소가 달라붙어 철과 합쳐집니다.
라부아지에와 밀봉한 플라스크
오늘날 이 규칙을 질량 보존 법칙(law of conservation of mass), 또는 물질 보존 법칙이라고 부릅니다. 한 종류의 물질이 다른 종류의 물질로 바뀌어도 물질의 전체 양에는 측정할 수 있는 변화가 없다는 법칙입니다. 균형 맞춘 반응식은 이 법칙을 원자 수로 옮겨 쓴 것입니다. 화학 반응에서 원자는 새로 생기지도 않고 없어지지도 않습니다. 그러므로 반응식 양쪽의 원자 수가 맞으면 양쪽의 질량도 반드시 맞아야 합니다.
원자에서 그램으로
이제 균형 맞춘 반응식을 질량으로 바꾸어 읽으려면 화학자는 몰(mole)이라는 단위로 셉니다. 1몰은 입자 6.02214076 × 10²³개이고, 이 수는 국제단위계에서 정확한 값으로 정해 두었습니다. 어떤 물질 1몰의 질량을 몰 질량(molar mass)이라고 하며, 화학식에 들어 있는 원자량을 모두 더한 다음 그램 단위를 붙인 값입니다. IUPAC가 정한 원자량으로 수소는 1.008, 탄소는 12.011, 산소는 15.999를 쓰면 메테인 CH₄의 몰 질량은 12.011 + 4 × 1.008 = 16.043 g/mol이고, O₂는 1몰에 31.998 g, CO₂는 44.009 g, H₂O는 18.015 g입니다.
이제 CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O 를 몰 단위로 읽어 봅시다. 메테인 1몰(16.043 g)이 산소 2몰(63.996 g)과 반응하므로, 반응물의 합계는 80.039 g입니다. 생성물은 CO₂ 1몰(44.009 g)과 물 2몰(36.030 g)이고, 이 둘을 더하면 역시 80.039 g이 됩니다. 실험실에서 양을 정하는 슬라이더를 움직이면 반응물 기둥과 생성물 기둥이 함께 자라고, 두 합계는 한 번도 서로 달라지지 않습니다.
열린 용기에서 법칙이 깨지는 것처럼 보이는 까닭
이번에는 실험실에서 탄산 칼슘을 골라 보세요. 탄산 칼슘을 세게 가열하면 100.09 g이 산화 칼슘 56.08 g과 이산화 탄소 기체 44.01 g으로 바뀝니다. 용기를 밀봉해 두었다면 반응이 끝난 뒤에도 저울은 100.09 g을 가리킵니다. 하지만 뚜껑을 열어 두면 기체가 날아가 버리고, 저울에는 56.08 g만 남습니다. 베이킹 소다와 식초의 반응도 마찬가지여서, 빠져나간 이산화 탄소 거품의 질량만큼 가벼워집니다. 주석은 그 반대입니다. 열린 용기에서 가열하면 주석이 공기 중의 산소를 받아들여 고체가 더 무거워지는데, 이것이 바로 라부아지에가 잰 결과입니다. 어느 경우든 모자라거나 더 생긴 질량은 기체의 몫이고, 원자는 하나도 빠짐없이 모두 어디에 있는지 셀 수 있습니다.
- 물 H₂O의 몰 질량은(소수 첫째 자리까지)?
- 메테인 16.04 g이 산소 64.00 g과 탑니다. 생성물의 전체 질량은 몇 g?
- CaCO₃ 100.09 g을 가열해 CaO 56.08 g이 생겼습니다. CO₂는 몇 g 생길까?
- 장작이 타고 남은 재가 가벼운 까닭은?
- CO₂ 같은 기체가 공기 중으로 나가서
- 불이 질량을 없애서
- 열의 질량이 음수여서
- 재가 새 원자로 되어 있어서
- 열린 용기에서 가열한 주석이 무거워지는 까닭은?
- 공기 중 산소와 결합해서
- 열이 질량을 더해서
- 주석 원자가 쪼개져서
- 물이 맺혀서
- 라부아지에의 「화학 원론」이 나온 해는?
- 1몰에 들어 있는 입자 수는?
- 6.02214076 × 10²³
- 1,000
- 6.02 × 10¹⁰
- 100
- H₂ 2몰이 O₂와 완전히 반응합니다(2H₂ + O₂ → 2H₂O). 물은 약 몇 g 생길까?
- 열린 컵에서 베이킹 소다와 식초가 반응했습니다. 반응 뒤 저울 눈금은?
- CO₂가 빠져나가 줄어듦
- 거품이 무거워 늘어남
- 정확히 같음
- 0
- 반응 전후 전체 질량은 같습니다(라부아지에, 1789).
- 몰 질량은 원자량의 합에 g을 붙인 값이고, 1몰은 입자 6.02214076 × 10²³개입니다.
- 열린 용기에서는 기체가 드나들어 저울 눈금이 바뀌지만 원자는 그대로입니다.
이 과정의 출처 (14)
- OpenStax Chemistry 2e (openstax.org/books/chemistry-2e): 1.2 law of conservation of matter, 1.3 chemical change (rust, combustion, cooking and rotting)
- 4.1 balancing by inspection (CH4 + 2O2, 2H2O to 2H2 + O2, 2N2 + 5O2 to 2N2O5)
- 4.2 precipitation (PbI2 from KI and Pb(NO3)2, AgCl insoluble)
- redox (Na + Cl2, copper wire in silver nitrate)
- combustion, 5.1 specific heat of water 4.184 J/g °C, 5.3 enthalpy (ΔH < 0 exothermic; ΔHc CH4 −890.8, H2 −285.8, ethanol −1366.8, methanol −726.1 kJ/mol; 1.00 L isooctane 33,100 kJ; ozone formation endothermic)
- 12.2 factors affecting rates (sodium and iron in air, calcium and sodium in water, sawdust, rate roughly doubles per 10 °C, phosphorus in pure oxygen, air about 20% oxygen, H2O2 decomposition)
- 12.5 collision theory and Arrhenius equation (R = 8.314 J/mol/K, catalytic converters)
- 12.7 catalysis and enzymes
- NIST Chemistry WebBook methane ΔcH°gas −890.7 ± 0.4 kJ/mol (webbook.nist.gov)
- NIST CODATA Avogadro constant 6.022 140 76 × 10²³ mol⁻¹ exact (physics.nist.gov)
- IUPAC CIAAW abridged standard atomic weights (H 1.0080, C 12.011, N 14.007, O 15.999, Na 22.990, Ca 40.078, Fe 55.845, Sn 118.71; ciaaw.org)
- ACS International Historic Chemical Landmark, The Chemical Revolution of Antoine-Laurent Lavoisier (acs.org, Traité élémentaire de chimie 1789, quotation on conservation of mass)
- Lavoisier, memoir on the calcination of tin in closed vessels, Mémoires de l'Académie Royale des Sciences for 1774, published 1777 (via web.lemoyne.edu/giunta/classicalcs/lavoisier.html)
- PubChem sodium bicarbonate and acetic acid pages (pubchem.ncbi.nlm.nih.gov).
확인한 날: 2026-10-17