分子式とは？

分子式は、化学物質の正確な原子組成が示されている化学物質を表す方法です。純物質の分子を構成する原子の種類と数を表す式です。

分子式では、さまざまな種類の原子が化学記号で表され、下付き文字を使用して各原子が繰り返される回数を示します。いずれの場合も、添字 1 は省略されます。

分子式を持つ物質と持たない物質は何か?

その名前が示すように、分子式は分子化合物、つまり分子と呼ばれる個別の単位で構成された分子にのみ適用されることに言及することは非常に重要です。共有結合) は、分子を一緒に保持する凝集力よりもはるかに強力です。

この意味で、イオン化合物は分子ではなくイオンによって形成されるため、分子式はイオン化合物には適用されません。イオン性化合物では、各陽イオンは特定の陰イオンではなく複数の陰イオンに同時に結合します。イオン結合の性質により、これらの化合物には陰イオンと陽イオンで構成される個別の単位はありません。しかし、これらの化合物の単位を分子と呼び、実験式を分子式と呼ぶのは一般的ですが、これは化学的な観点からはかなりの誤解です。

つまり、塩化ナトリウムは分子化合物ではなくイオン化合物であるため、塩化ナトリウムの分子式が NaCl であるというのは間違いです。そうは言っても、実用的なレベルでは、どちらの式を使用してもまったく同じであることに注意してください。そのため、この概念的な誤りを犯すことは、実用的な観点からは重要ではありません (決して理論的な観点からではありません!)。

一方、分子式は共有結合固体、つまり、共有結合によって結合された原子の 1 次元、2 次元、または 3 次元のネットワークによって形成される固体にも適用されません。これらの場合、化合物には単一の繰り返し分子はありませんが、各結晶はそれ自体が原子の総数が異なる大きな分子です。このような場合、経験式と呼ばれる別の種類の式が使用されます。

分子式の有用性

分子式は、分子化合物の元素組成をすばやく確認できるため、分子量などの変数を非常に迅速かつ簡単に計算できるため、非常に重要です。したがって、物質のモル質量も計算できます。化学者が日常的に行う化学量論的計算のほとんどは、モル質量によって行われます。

たとえば、二酸化炭素の分子式は CO ₂であるため、その分子量は、1 つの炭素原子 (12,011) と 2 つの酸素原子 (それぞれ 15,999) の重量の合計に相当します。

これに加えて、分子式により、物質を構成する元素間の化学量論的関係を確立することもできます。_{したがって、分子式がH 2} Oである水の分子の場合、すべての酸素原子に対して2つの水素原子があることがわかります。

最後に、分子式により、2 つの化合物が互いに異性体である場合を判断できます。異性とは、互いに異なる、または何らかの形で区別できるが、同じ分子式を共有する 2 つの化学物質間の関係です。

たとえば、エタノールまたはエチル アルコールとジメチル エーテルは、非常に異なる物理的および化学的性質を持つ 2 つの異なる有機化合物です (たとえば、前者は液体であり、後者は室温で気体です)。ただし、両方の物質は同じ分子式、つまり C ₂ H ₆ O を共有しているため、異性体です。

分子式の制限

分子式には、分子の組成を示すだけで、分子を構成する原子間の接続性は示さないという欠点があります。つまり、原子がどのように、またはどのような順序で結合しているかはわかりませんが、どの原子が存在するかだけがわかります。

これは、その使用を前のセクションで述べたアプリケーションに限定しますが、分子がどのように、またはなぜ形成されるかを理解するのに特に役立つわけではなく、それらの特性を理解して比較することもできません. 一部の人々が分子式とも呼ぶ他の式があり、より多くの情報を提供します。これは、半発展式、構造式、ルイス構造などの場合です。ただし、これらのどれも実際には適切な分子式ではありません。

分子式と経験式

分子式に関連しているが、同じものではない式は経験式です。これは、化学物質 (イオン性または分子性) の組成を表し、それを構成する元素と、そのすべての原子間で記述できる最小の整数の関係のみを示します。

実験式は、分子式の単純化されたバージョンであることがわかります。言い換えれば、分子式は常に経験式の整数倍です。たとえば、過酸化水素は分子式 H ₂ O ₂の化合物です。この水素原子と酸素原子の 2:2 の比率は、単純な整数、つまり 1:1 で表すことができるため、過酸化水素の実験式は H2O です。

分子式と未完成の式

前述のように、分子式は分子内の原子間の接続を示しません。このために、開発された構造式またはルイス構造があります。しかし、分子式と構造式の中間的な性質を持つ式で、半展開式と呼ばれるものがあります。

これらの式では、分子を構成する原子は結合性に従ってグループ化されており、多くの場合、グループは結合されている順序で記述されています。これらの数式は、括弧が含まれている場合があり、数式のさまざまな部分で同じ要素を複数回使用できるため、簡単に認識できます。

たとえば、エタノールは C ₂ H ₅ OH と表すことができますが、ここでは、炭素と水素が結合している原子の最初のグループ (C ₂ H ₅ -)が存在するという事実に重点が置かれています。それに結合した原子のグループ (OH)。

分子式の例

以下の表は、一般的な化合物の分子式の例を示しています。

参考文献

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モット、V. (nd)。分子式 | 化学入門。ルーメン。https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/molecular-formulas/