化学式

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Al 2(SO 43
硫酸アルミニウムの化学はAl2 (SO 43です。硫酸アルミニウム六水和物の形態は、Al 2(SO 43・16 H 2Oです
ブタン構造式ブタンの他の化学式の例は、実験式C 2 H 5、分子式C 4 H 10、および凝縮(または半構造)式CH 3 CH 2 CH 2 CH3です

化学式は、特定の化合物または分子を構成する原子の化学的比率に関する情報を、化学元素の記号、数字、および場合によっては括弧、ダッシュ、括弧、コンマ、プラス(+ )およびマイナス(-)記号。これらは、下付き文字と上付き文字を含む可能性のある記号の1行の活版印刷に制限されています。化学式は化学名ではなく、単語は含まれていません。化学式は特定の単純な化学構造を意味する場合がありますが、完全な化学構造式とは異なります。化学式は、最も単純な分子化学物質の構造のみを完全に指定でき、一般に、化学名や構造式よりもパワーが制限されます。

最も単純なタイプの化学式は実験式と呼ばれ、各タイプの原子の数値比率を示す文字と数字を使用します。分子式は、分子内の各タイプの原子の単純な数を示し、構造に関する情報はありません。たとえば、グルコースの実験式はCH 2 O(炭素酸素の2倍の水素原子)ですが、分子式はC 6 H 12 O 6(12個の水素原子、6個の炭素と酸素原子)です。

化学式は、凝縮式(または「半構造式」と呼ばれることもある凝縮分子式)として記述されることで複雑になることがあります。これにより、原子が化学的に結合する特定の方法に関する追加情報が共有されます。結合イオン結合、またはこれらのタイプのさまざまな組み合わせ。これは、関連する結合を1次元で簡単に表示できる場合に可能です。例として、エタノールの凝縮分子/化学式があります。これは、CH 3 -CH 2 - OHまたはCH3 CH2です。ああ。ただし、凝縮された化学式でさえ、原子、特に4つ以上の異なる置換基に結合している原子間の複雑な結合関係を示す能力が必然的に制限されます。

化学式は化学元素記号の1行で表現する必要があるため、化学化合物の原子間の空間的関係をグラフで表した真の構造式ほど有益ではないことがよくあります(たとえば、ブタンの図を参照)。構造式および化学式、右)。構造が複雑なため、単一の凝縮化学式(または半構造式)は、異性体として知られるさまざまな分子に対応する場合があります。たとえば、グルコースはその分子式 C 6 H 12 O 6を、フルクトースガラクトースマンノースなどの他の多くの糖と共有しています。複雑な構造式を一意に指定できる線形の同等の化学名が存在しますが(化学命名法を参照)、そのような名前では、化学式を定義する単純な要素記号、数字、および単純な活字記号ではなく、多くの用語(単語)を使用する必要があります。

化学式は、化学反応式や、イオン性化合物の溶液への溶解などの他の化学変換を説明するために化学反応式で使用できます。前述のように、化学式には原子間の化学関係を示す構造式の完全な能力はありませんが、化学反応における原子の数と電荷の数を追跡するのに十分であるため、化学式のバランスを取り、これらの方程式を作成します。原子の保存や電荷の保存を含む化学的問題に使用できます。

概要

化学式は、化学記号によって各構成元素を識別し、各元素の原子の比例数を示します。実験式では、これらの比率は主要元素から始まり、次に、主要元素に対する比率によって、化合物内の他の元素の原子数を割り当てます。分子化合物の場合、これらの比率の数値はすべて整数として表すことができます。たとえば、エタノールの分子はすべて2つの炭素原子、6つの水素原子、および1つの酸素原子を含むため、エタノールの実験式はC 2 H 6Oと書くことができます。ただし、一部の種類のイオン性化合物は、完全に整数の実験式で記述できません。例は炭化ホウ素です、そのCB nの式は、nが4を超え6.5を超える範囲の可変の非整数比です。

式の化合物が単純な分子で構成されている場合、化学式は分子の構造を示唆する方法を採用することがよくあります。これらのタイプの式は、分子式および凝縮式としてさまざまに知られています。分子式は、分子内の原子数を反映するように原子数を列挙するため、グルコースの分子式は、グルコースの実験式であるCH 2 Oではなく、C 6 H 12 O 6になります。ただし、非常に単純な物質を除いて、分子化学式には必要な構造情報がなく、あいまいです。

単純な分子の場合、凝縮(または半構造)式は、正しい構造式を完全に意味する化学式の一種です。たとえば、エタノールは凝縮された化学式CH 3 CH 2 OHで表され、ジメチルエーテルは凝縮された化学式CH 3 OCH3で表されますこれらの2つの分子は、同じ経験式と分子式(C 2 H 6 O)を持っていますが、これらの単純な有機化合物の完全な構造を表すのに十分な、示されている凝縮式によって区別できます

凝縮された化学式は、個別の分子として存在しないイオン性化合物を表すためにも使用できますが、それでも、それらの中に共有結合したクラスターが含まれています。これらの多原子イオンは、共有結合し、硫酸塩などの全体的なイオン電荷を持つ原子のグループです[SO
4
]2-
イオン。化合物の各多原子イオンは、個別のグループ化を説明するために個別に記述されています。たとえば、化合物の六酸化二塩素は実験式ClOを持っています
3
、および分子式Cl
2
O
6
、ただし液体または固体の場合、この化合物はイオン凝縮式[ClO
2
]+
[ClO
4
]
、これは、この化合物が[ClO
2
]+
イオンと[ClO
4
]
イオン。このような場合、凝縮された化学式は、各イオン種の少なくとも1つを示すのに十分なだけ複雑である必要があります。

ここで説明する化学式は、化学命名法のさまざまなシステムで使用されるはるかに複雑な化学体系名とは異なりますたとえば、グルコースの体系的な名前の1つは、(2 R、3 S、4 R、5 R)-2,3,4,5,6-ペンタヒドロキシヘキサナールです。この名前は、その背後にある規則によって解釈され、グルコースの構造式を完全に指定しますが、この名前は通常理解されている化学式ではなく、化学式で使用されていない用語や単語を使用します。このような名前は、基本式とは異なり、グラフなしで完全な構造式を表すことができる場合があります。

実験式

化学では、化学実験式は、各タイプの原子の相対数または化合物の元素の比率を簡単に表したものです。実験式は、CaClなどのイオン性化合物の標準です。
2
、およびSiOなどの高分子の場合
2
実験式は、異性化、構造、または原子の絶対数を参照していません。経験的という用語は、元素分析のプロセスを指します。これは、元素ごとの純粋な化学物質の相対的なパーセント組成を決定するために使用される 分析化学の手法です。

たとえば、ヘキサンの分子式はCです。
6
H
14
、または構造的にCH
3
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
3
、6個の炭素原子と14個の水素原子の鎖構造を持っていることを意味します。ただし、ヘキサンの実験式はCです。
3
H
7
同様に、過酸化水素の実験式H
2
O
2
は、構成要素の1:1の比率を表す単純なHOです。ホルムアルデヒド酢酸は同じ実験式、CHを持っています
2
O。
_ これは実際のホルムアルデヒドの化学式ですが、酢酸の原子数は2倍です。

分子式

分子式は、分子物質の分子内の各タイプの原子の単純な数を示します。これらは、特定のタイプの原子が1つしかない分子の実験式と同じですが、それ以外の場合は数値が大きくなる可能性があります。違いの例は、CH 2 O(比率1:2:1)であるグルコースの実験式ですが、その分子式はC 6 H 12 O 6原子数6:12:6)です。水については、両方の式がH 2 Oです。分子式は、実験式よりも分子に関するより多くの情報を提供しますが、確立するのはより困難です。

分子式は、分子内の元素の数を示し、それが二元化合物三元化合物四元化合物、またはさらに多くの元素を持っているかどうかを決定します。

凝縮式

イソブタン構造式
分子式:C 4 H 10
凝縮または半構造化学式:(CH 33 CH
n-ブタン構造式分子
式:C 4 H 10
凝縮または半構造式:CH 3 CH 2 CH 2 CH 3

分子の接続性は、多くの場合、その物理的および化学的特性と動作に強い影響を及ぼします。同じ種類の原子の同じ数で構成される2つの分子(つまり、異性体のペア)は、原子が異なる位置または異なる位置で接続されている場合、完全に異なる化学的および/または物理的特性を持つ可能性があります。このような場合、どの原子が他のどの原子に結合しているかを示すため、構造式が役立ちます。接続性から、分子のおおよその形状を推測することがしばしば可能です。

凝縮された化学式は、異性体や複雑な構造を必ずしも指定するわけではありませんが、単純な化学物質の結合のタイプと空間配置を表す場合があります。たとえば、エタンは互いに単結合した2つの炭素原子で構成され、各炭素原子には3つの水素原子が結合しています。その化学式はCH3 CH3として表すことできますエチレンでは、炭素原子間に二重結合があります(したがって、各炭素には2つの水素しかありません)。したがって、化学式は次のように記述できます。CH2 CH 2、および炭素の原子価が4であるため、炭素間に二重結合があるという事実は暗黙的です。ただし、より明示的な方法は、H 2 C = CH2以下の一般的なH2 C :: CH2と書くことです。2本の線(または2対のドット)は、二重結合がそれらの両側の原子を接続していることを示します。

三重結合は、3本の線(HC≡CH)または3対のドット(HC ::: CH)で表すことができ、あいまいな場合は、1本の線または1対のドットを使用して単結合を示すことができます。

同じ複数の官能基を持つ分子は、繰り返されるグループを丸括弧で囲むことによって表すことができますたとえば、イソブタンは(CH 33CHと書くことができます。この凝縮された構造式は、同じ原子を同じ比率で使用して形成できる他の分子(異性体)とは異なる接続性を意味します式(CH 33 CHは、1つの水素原子と3つのCH3に接続された中心炭素原子を意味します各元素の同じ数の原子(10個の水素と4個の炭素、またはC 4 H 10)を使用して、直鎖分子、n-ブタンCH 3 CH 2 CH 2 CH3を作成できます

作曲の法則

どの化合物でも、元素は常に同じ比率で結合します。これは一定の構成の法則です

一定の組成の法則によれば、特定の化合物では、その化合物のすべてのサンプルが同じ比率または比率の同じ元素で構成されます。たとえば、水分子は常に2:1の比率の2つの水素原子と1つの酸素原子で構成されています。水分子中の酸素と水素の相対質量を見ると、水分子の質量の94%が酸素で占められ、残りの6%が水素の質量であることがわかります。この質量の比率は、どの水分子でも同じです。[1]

化学式の制限に答える化学名

ブト-2-エンと呼ばれるアルケンには2つの異性体があり、化学式CH 3 CH = CHCH3では識別されません。2つのメチル基の相対位置は、メチル基が二重結合の同じ側にあるか(cisまたはZ)、または互いに反対側にあるか(transまたはE)を示す追加の表記法で示す必要があります。[2]

上記のように、多くの複雑な有機および無機化合物の完全な構造式を表すために、単純な凝縮式で上記で使用された利用可能なリソースをはるかに超える化学命名法が必要になる場合があります。例については、有機化学IUPAC命名法および無機化学のIUPAC命名法2005を参照してくださいさらに、 International Chemical Identifier (InChI)などの線形命名システムにより、コンピューターで構造式を作成したり、分子入力ライン入力システムを簡略化したりできます。(SMILES)は、より人間が読めるASCII入力を可能にします。ただし、これらの命名システムはすべて化学式の基準を超えており、技術的には化学式システムではなく化学命名システムです。[要出典]

凝縮された式のポリマー

凝縮化学式のポリマーの場合、繰り返し単位の周りに括弧が配置されます。たとえば、 CH 3(CH 250 CH 3として記述される炭化水素分子は、50の繰り返し単位を持つ分子です。繰り返し単位の数が不明または可変である場合は、文字nを使用して次の式を示すことができます:CH 3 CH 2n CH3

凝縮式のイオン

イオンの場合、特定の原子の電荷は右側の上付き文字で表すことができます。たとえば、Na +、またはCu2 +荷電分子または多原子イオンの総電荷もこの方法で表示できます。H 3 O +またはSO42- _ +1と-1の代わりに+と-がそれぞれ使用されることに注意してください。

より複雑なイオンの場合、 Cs 2 [B 12 H12 ]などの化合物に見られる[ B12 H 12 ] 2-のように、括弧[]を使用してイオン式を囲むことがよくあります[Co(NH 36 ] 3+ Cl 3 のように、括弧()を括弧内に入れ子にして繰り返し単位を示すことができますここで、(NH 36は、イオンにコバルトに結合した6つのNH 3が含まれていることを示し、[]はイオンの式全体を電荷+3で囲みます。[[さらなる説明が必要]

これは厳密にオプションです。化学式はイオン化情報の有無にかかわらず有効であり、塩化ヘキサアンミンコバルト(III)は[Co(NH 36 ] 3+ Cl 3-または[Co(NH 3 6 ] Cl3と書くことができます括弧のように、括弧は数学の場合と同じように化学で動作し、用語をグループ化します。これらは、イオン化状態にのみ使用されるわけではありません。後者の場合、括弧はすべて同じ形状の6つのグループを示し、サイズ1の別のグループ(コバルト原子)に結合し、次にバンドル全体がグループとして3つの塩素原子に結合します。前者の場合、塩素をつなぐ結合がイオン性であることがより明確になります。、共有ではなく

アイソトープ

同位体は、従来の化学よりも核化学または安定同位体化学に関連性がありますが、異なる同位体は、化学式の前に上付き文字で示される場合があります。たとえば、放射性リン32を含むリン酸イオンは[ 32 PO 4 ] 3-です。また、安定同位体比を含む研究には、分子18 O 16Oが含まれる可能性があります。

左側の添え字は、原子番号を示すために重複して使用されることがあります。たとえば、二酸素の場合は8 O 216
8
O
2
二酸素の最も豊富な同位体種のために。これは、原子核反応の方程式を書くときに、電荷のバランスをより明確に示すために便利です。

閉じ込められた原子

従来の式:MC 60
「@」表記:M @ C 60

@記号(アットマーク)は、ケージ内にトラップされているが化学的に結合されていない原子または分子を示します。たとえば、原子(M)を持つバックミンスターフラーレン(C 60 )は、 Mが化学結合なしでフラーレンの内側にあるか、炭素原子の1つに結合している外側にあるかに関係なく、単純にMC60として表されます。@記号を使用すると、Mが炭素ネットワーク内にある場合、これはM @ C60と示されます。非フラーレンの例は、[As @ Ni 12 As 20 ] 3-、1つのAs原子が他の32個の原子によって形成されたケージに閉じ込められているイオンです。

この表記法は1991年に提案され[3] 、 Laなどの原子をトラップしてLa @ C60やLa @ C 82などを形成できるフラーレンケージ(内包フラーレン)が発見されました記号の選択は、簡潔で、簡単に印刷され、電子的に送信されること(アットマークはASCIIに含まれ、最新の文字エンコード方式のほとんどが基づいています)、および内包フラーレンの構造を示唆する視覚的側面として著者によって説明されています。フラーレン。

非化学量論的化学式

化学式は、ほとんどの場合、各要素に整数を使用します。ただし、非化学量論化合物と呼ばれる、小さな整数で表すことができない化合物のクラスがあります。このような数式は、Fe 0.95 Oのように小数を使用して記述される場合もあれば、Fe 1– xOのように文字で表される可変部分を含む場合もあります。xは通常1よりはるかに小さいです。

有機化合物の一般的な形式

一定の単位で互いに異なる一連の化合物に使用される化学式は、一般式と呼ばれます。同族列の化学式を生成します。たとえば、アルコールは式C n H ( 2n + 1) OH( n≥1)で表すことができ、 n = 1–3 の場合、同族体にメタノールエタノールプロパノールが与えられます。

ヒルシステム

ヒルシステム(またはヒル表記)は、経験的な化学式、分子化学式、および凝縮式の成分を記述して、分子内の炭素原子の数最初示し 次に水素原子の数を示し、次にその後、化学記号のアルファベット順で、他のすべての化学元素の数。式に炭素が含まれていない場合、水素を含むすべての元素がアルファベット順にリストされます。

これらの規則に従って式に存在する各要素のアトム数に従って式を並べ替えることにより、テキスト文字列を字句に並べ替える場合のように、前の要素または番号の違いが後の要素または番号の違いよりも重要として扱われます。化学式をヒルシステムオーダーと呼ばれるものにまとめること できます。

ヒルシステムは、1900年に米国特許商標庁エドウィンA.ヒルによって最初に公開されました。 [4]これは、化合物のリストを並べ替えるために化学データベースおよび印刷されたインデックスで最も一般的に使用されるシステムです。[5]

ヒルシステム順の数式のリストは、上記のようにアルファベット順に並べられており、記号が同じ文字で始まる場合、1文字の要素が2文字の記号の前に表示されます(つまり、「B」は「Be」の前に、「Br」の前に表示されます。 ")。[5]

次の数式の例は、Hillシステムを使用して記述され、Hillの順序でリストされています。

  • ブライ
  • BrClH 2 Si
  • CCl 4
  • CH 3 I
  • C 2 H 5 Br
  • H 2 O 4 S

も参照してください

参考文献

  1. ^ 「一定の構成の法則」すべての数学と科学SIYAVULA 2016年3月31日取得 CC-BY-SA icon.svgこの資料は、Creative Commons Attribution-Share Alike3.0ライセンスの下で利用できます。
  2. ^ バロウズ、アンドリュー。(2013-03-21)。化学³:無機、有機、物理化学の紹介(第2版)。オックスフォード。ISBN 978-0-19-969185-2OCLC818450212 _
  3. ^ チャイ、ヤン; 郭、ティン; ジン、チャンミン; ハウフラー、ロバートE。; チバンテ、LPフェリペ; フレ、1月; ワン、リホン; アルフォード、J。マイケル; スモーリー、リチャードE.(1991)。「フラーレンと金属の内部」。物理化学の雑誌95(20):7564–7568。土井10.1021 / j100173a002
  4. ^ エドウィンA.ヒル(1900)。「化学文献の索引付けシステムについて;米国特許庁の分類部門によって採用されました」混雑する。化学。Soc。22(8):478–494。土井10.1021 / ja02046a005hdl2027 /uiug.30112063986233
  5. ^ a b ウィギンス、ゲイリー。(1991)。化学情報源。ニューヨーク:マグロウヒル。p。120。
  • ペトルッチ、ラルフH。; ハーウッド、ウィリアムS。; ニシン、F。ジェフリー(2002)。「3」一般的な化学:原理と最新のアプリケーション(第8版)。ニュージャージー州アッパーサドルリバー:プレンティスホール。ISBN 978-0-13-014329-7LCCN2001032331 _ OCLC46872308 _

外部リンク