연필 12자루를 한 다스, 계란 30개를 한 판이라고 부르듯이, 여러 개의 물건을 묶어서 세는 단위는 일상에서 매우 유용합니다. 하지만 원자나 분자처럼 눈에 보이지 않는 미시적인 입자들을 셀 때는 어떤 단위를 사용할까요? 바로 '몰'이라는 단위가 등장합니다. 1몰은 6.022 × 10의 23승 개의 입자를 의미하며, 이 엄청난 숫자는 '아보가드로 수'라고 불립니다. 이처럼 복잡한 숫자가 왜 선택되었는지, 그리고 그 배경에는 어떤 과학적 사연이 있는지 살펴볼 필요가 있습니다.

일상적인 사물은 눈으로 직접 세어 묶음 단위를 정할 수 있지만, 원자나 분자는 너무 작아 직접 셀 수 없습니다. 과거에는 원자와 분자 개념이 명확하지 않았지만, 원소들의 상대적인 질량비는 이미 알려져 있었습니다. 가장 가벼운 수소의 질량을 1로 정하고, 다른 원소들의 질량을 상대적으로 표현했죠. 이 기준에 따라 탄소는 12, 산소는 16이 됩니다. 과학자들은 탄소 12g에 들어 있는 입자의 수를 1몰로 정의하면서, 아보가드로 수의 기원이 탄소 12g에서 출발하게 되었습니다.

만약 과학자들이 수소나 산소를 기준으로 삼았다면 1몰의 정의가 달라졌겠지만, 입자의 수 자체는 변하지 않았을 것입니다. 그러나 질량의 단위가 그램이 아닌 다른 단위였다면 이야기는 달라집니다. 예를 들어, 탄소 12파운드에 들어 있는 입자 수로 1몰을 정의했다면 아보가드로 수의 크기도 달라졌을 것입니다.

이처럼 아보가드로 수의 기원은 질량 단위인 그램의 기원과도 밀접하게 연결되어 있습니다.

그램의 기준은 처음에는 얼음이 녹는 온도에서 1세제곱센티미터의 물의 무게로 정해졌습니다. 물은 주변에서 쉽게 구할 수 있는 순수한 물질이기 때문에 질량의 기준으로 삼기에 적합했습니다. 이렇게 정해진 1그램은 이후 12그램의 탄소에 들어 있는 원자 수를 1몰로 정의하는 데 사용되었습니다. 그램의 기준이 바뀌면 아보가드로 수 역시 달라질 수 있다는 점에서, 단위의 선택이 과학 상수의 값에 직접적인 영향을 미친다는 사실을 알 수 있습니다.

길이의 단위인 미터 역시 프랑스 혁명 시기에 표준화되었습니다. 당시 프랑스 정부는 지역마다 다르던 도량형을 통일하기 위해 지구의 크기를 기준으로 미터법을 제정했습니다. 북극에서 적도까지의 거리의 1천만 분의 1을 1미터로 정의했고, 이로부터 1센티미터, 1세제곱센티미터, 그리고 1그램의 기준이 차례로 정해졌습니다. 만약 길이의 기준이 지구가 아닌 다른 기준에서 출발했다면, 그에 따라 질량 단위와 아보가드로 수의 크기도 달라졌을 것입니다.