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화학식량과 당량

물질은 모두 무게(질량)가 있다. 그러나 원자나 대부분의 분자처럼 아주 작은 것은 그 하나의 무게를 직접 측정하기가 어렵다. 그리고 또, 우리가 실제로 실험에서 다루는 양은 상대적인 양을 알면 되는 경우가 많다. 그리하여 돌턴은 수소를 기본으로 하여 원자량이라고 하는 양을 생각하였다. 그리고 그것을 발전시켜서 분자량이나 몰의 개념도 세워졌다. 또한, 어떤 물질이 다른 물질과 화합하는 경우 그 비율이 정해져 있어 화합량이라는 개념이 나왔는데, 이것으로부터 당량이나 원자가의 개념이 발전하였다. 이들은 화학에서 양을 다루는 데 있어 매우 편리하므로 널리 사용되고 있다.

원자량

원자 중에서 가장 가벼운 것은 수소 원자이므로 이것을 1로 하여 다른 원자가 수소의 몇 배가 되는지를 알면 원자의 상대적인 무게를 알 수 있다. 돌턴은 이와 같이 생각하고 원자량을 정하려고 했으나, 실험적으로 산소의 원자량을 결정하는 데는 수소와 산소가 어떤 원자수의 비로 화합하는가를 알지 못하면 정확한 값을 구할 수 없고, 또 돌턴 자신이 물이나 암모니아의 조성을 잘못 알고 있었기 때문에 그가 계산한 원자량은 그다지 정확한 것이 못 되었다. 베르셀리우스는 수소보다 산소가 화합물을 잘 만들고, 실험도 하기 쉽다는 데서 산소를 기준으로 하여 그 원자량을 100으로 해서 43종의 원소의 원자량을 결정하였다. 베르셀리우스의 실험은 상당히 정밀한 것이었지만 계산에 문제가 있었다. 아보가드로의 가설이 카니차로에 의해 받아들여지고, 이로부터 분자량을 구할 수 있다는 것이 확실해진 뒤에야 원자량의 측정도 분명한 근거를 갖게 되고 정확한 것이 되었다. 그리하여 원자량의 기준으로 산소를 16.000으로 하기로 하였다. 그러면 수소는 거의 1이 된다. 1913년 영국의 소디에 의해서 동위 원소의 개념이 분명해진 뒤, 같은 원소의 원자에도 무게가 다른 것이 있음이 명백해지자 원자량은 그 평균을 나타내는 것으로 되었다. 그리하여, 산소에도 무게(질량수)가 16, 17, 18인 것이 있음을 알게 되어, 무엇을 기준으로 삼는가가 재검토되었는데, 1962년 이후 질량수 12인 탄소 원자의 질량을 기준으로 삼게 되었다.

분자량

분자의 무게도 원자와 마찬가지로, 일정한 한 분자의 무게를 기준으로 하고 그 비로서 나타내면 된다. 이것을 '분자량'이라고 한다. 아보가드로의 법칙에 따르면 모든 기체는 같은 온도, 같은 압력, 또는 같은 부피 속에서는 같은 수의 분자를 가지므로 같은 조건하에서 기체의 밀도를 비교하면 그로부터 기체 1분자의 상대적인 무게를 알 수 있다. 따라서, 산소의 분자량을 32.000으로 하면 수소는 2.016, 이산화탄소는 44.01이 된다. 여기서 산소의 분자량을 32.000으로 한 것은 산소 분자는 2원자로 이루어져 있다고 생각되므로, 산소의 원자량을 2배한 것이다. 기체의 분자량은 이와 같이 비교적 간단히 결정할 수 있다. 액체나 고체도 간단히 기체로 변하는 것은 기체로 만들면 분자량을 구할 수 있다. 비휘발성인 것은 끓는점 오름이나 어는점 내림 등이 이용된다. 분자식을 알고 있는 것은 그 속에 들어 있는 각 원자의 원자량의 합으로써 분자량을 계산할 수 있다. 그리고 원자량의 기준이 질량수 12인 탄소 원자로 바뀌었는데, 이것에 의한 산소의 원자량은 15.9988이 된다. 따라서, 분자량은 31.9976이 되지만 보통은 32.00으로 해서 다루어도 된다.