2.12: 式と組成

これまで水銀と臭素の化学反応について微視的に紹介しました。 式

は同じ出来事を化学記号と式で表しています。 下の写真はマクロ的な視点です。 しかし、化学者はどのようにしてミクロの世界を知ることができるのでしょうか。 ある反応を初めて行う場合、生成物のミクロな性質はほとんどわからない。 したがって、新しく合成された物質の組成と式を実験的に決定する必要がある。

このような手順の最初のステップは、通常、反応の生成物を分離して精製することである。 例えば、水銀と臭素の組み合わせでは主に臭化水銀が生成されるが、臭化水銀も少し生成されることが多い。 臭化水銀と臭化水銀の混合物は、純粋な試料であるHgBr2とは異なる性質を持つため、Hg2Br2を除去する必要がある。 Hg2Br2は水への溶解度が低いので、再結晶による精製が可能である。 生成物を少量の熱水に溶かし、ろ過して未溶解のHg2Br2を除去することも可能である。 冷却して水を一部蒸発させると、比較的純粋なHgBr2の結晶ができる。

一旦純粋な生成物が得られると、その物理的および化学的特性によって物質を特定することが可能になる場合がある。 水銀と臭素を反応させると、236℃で融解する白色の結晶が得られる。 生成した液体は322℃で沸騰する。 2つの元素の組み合わせでできているので、化合物である。 その性質をハンドブックやデータ表と比較すると、臭化水銀であるという結論になります。 当時はその性質を記した表はありませんでしたから、どうやってその式がHgBr2であると判断したのでしょうか。 その答えの一つは、定量分析、つまり化合物中の各元素の質量パーセントを求めることである。 このようなデータは通常％組成として報告されます。

%-composition dataから式を求めるには水銀原子1個当たり臭素原子が何個あるか求めなければならない。 これはマクロ的には臭素の量と水銀の量の比に相当する。 HgBr2という式は、水銀原子1個に対して臭素原子が2個であることを示すだけでなく、水銀原子1molに対して臭素原子が2molであることを示している。 つまり、臭素の量は水銀の量の2倍である。 臭素の量と水銀の量の比（2：1）の数字が、式中の臭素と水銀の添え字になります。

The formula obtained in example \(\PageIndex{3}) is not corresponding to either two mercury bromides we have already discussed. 第3のものなのでしょうか。 我々の方法はBrとHgの比率しか決定できないので、答えはノーです。 1:1 の比率は 2:2 と同じなので、この方法は HgBr でも Hg2Br2 でも（あるいは Hg7Br7 が存在すれば）同じ結果になります。 この方法で求めた式を経験式あるいは最も簡単な式と呼びます。 臭化水素水銀のように、経験式と実際の分子組成、つまり分子式が異なる場合もある。

量の比が整数でないことがある。 経験式

AspirinはC 60.0%, H 4.48%, O 35.5%を含みますが、その経験式は何ですか？

解答：

となります。 & n_{text{H}}=Centa{14.4 g}cdot \dfrac{Centa{1 mol H}}{text{1.008 g}} =Centa{14.3 mol H}. \\ { } \\

H原子がO原子の2倍あるのは明らかですが、CとOの比率はあまり明らかではありませんね。 2.25を小さな整数の比率に変換する必要があります。 これは、小数点の後の数字を分数に変えればよい。 この場合、0.25は”Ⓐ”になります。 従って、(2.25 = 2 \smalldfrac{1}{4} \normalsize = \tfrac{text{9}}{text{4}}) となり

とも書けますので経験式は C9H8O4 となります。

誰かが経験式や分子式を決めたら、他の人が逆の計算をすることが可能です。 次の例のように、式から重量パーセントの組成を求めることは、しばしば非常に有益である。 Percent Nitrogen

植物の収穫時に土壌から除去された窒素を補充するために、NaNO3（硝酸ナトリウム）、NH4NO3（硝酸アンモニウム）、NH3（アンモニア）という化合物が肥料として使用されます。 もし、農家がそれぞれを1gあたり同じ値段で買えるとしたら、どれが一番お買い得でしょうか？

溶液

NH4NO3の場合のみ、詳しい計算を示します。2molのNの質量は

Therefore the percentage of N is

H and O percentages are easily calculated as

Phase (\begin{align} m_{theatre{H}}& = \text{4 mol H } cdotdfrac{tech{1.0.008 g}}{Text{1 mol H}}Text{ = 4.032 g} \\ { } \\ Ίταν ταν ταν για & = \dfrac{text{4.032 g}}{text{80.05 g}}. \ʕ-̫͡-ʔ-ʔ \\ Ȃ m_{Copyright}& = \text{3 mol O }cdot \dfrac{text{16.00 g}}{text{1 mol O}}} \ʕ-̫͡-ʔ \\ { } \%text{ O } & = \dfrac{text{48.00 g}}{text{80.05 g}} {text{ 100 }}%text{ = 59.96 }}cdot \end{align}}）

問題の解答に厳密には必要ないが、後半の2つの割合は、結果の確認に役立つ。 Total ╱(35.00 + 5.04% + 59.96% = 100.00%) ╱はその通りである。 NaNO3、NH3についても同様に計算すると、それぞれ16.48%、82.24%の窒素が得られる。 化学を知る農家はアンモニアを選ぶ！