この記事では例題を説きながら
分子式の求め方について解説していきます。
そもそも分子式って何か？
わからないという方は、先にこちらの記事をご覧ください。
⇒構造式・示性式・分子式・組成式の違いを酢酸を例にわかりやすく解説
分子式の求め方
まず具体例として
示性式・・・
分子式・・・
となります。
分子式って
分子式の求め方（例題）
炭素C、水素H、酸素Oからなる有機化合物Xがあったとしましょう。
例題として有機化合物Xは8.8グラムだったとしましょう。
この有機化合物を完全燃焼させます。
すると気体が発生しますから、それをきちんと調べます。
有機化合物XはC、H、Oからできています。
例えば炭素Cが完全燃焼したらどうなるでしょう？
二酸化炭素
不完全燃焼だったら一酸化炭素
完全燃焼なので一酸化炭素はできません。
二酸化炭素
炭素が完全燃焼するときの熱化学方程式は次の通りである。
C + O2 ＝ CO2 + 393.9kJ
— 快速ジャガビー (@jkabasawa17) March 13, 2021
それから水素Hが燃えたらどうなるでしょう？
水素Hが燃えたら水
では酸素Oが燃えたら？
酸素は燃えません。
酸素Oは水素を燃やしてできた水
炭素を燃やしてできた二酸化炭素
酸素は燃えない【定期】
— しらす (@sirasu314) March 7, 2021
こんな感じで酸素Ｏは二酸化炭素や水に入っています。
だから二酸化炭素や水に入ってしまうのです。
ということで有機化合物Xを燃やすと二酸化炭素と水は発生するということになります。
そして有機化合物X8.8グラムを燃やしたら
二酸化炭素が17.6グラム発生したとしましょう。
水は7.2グラム発生したとします。
ところで二酸化炭素
分子量がわからない方はこちらの記事をご覧ください。
⇒分子量と式量の求め方
分子量が44の二酸化炭素が17.6グラム入っていて、
炭素の原子量が12なので、
炭素の質量は17.6×12/44という式で表すことができます。
二酸化炭素の分子量は44で
炭素はその中で12しかありません。
なので、二酸化炭素17.6グラム中に12/44という割合の炭素が含まれているため
炭素の質量は17.6×12/44という式が成り立ちます。
17.6×12/44を計算すると4.8になりますね。
17.6×12/44＝4.8
それから水素Hの質量はどうなるでしょう？
水
よって水
となります。
分子の２は原子量１の水素が２個あるからです。
水
その中の水素は原子量が1で2ついますから２なわけです。
7.2×2/18＝0.8
となります。
・炭素Cの質量は4.8グラム
・水素Hの質量は0.8グラム
では酸素Oはどうなるでしょう？
酸素は
どうしてでしょう？
なぜなら
あくまで一部です。
燃やすために外から入ってきた酸素です。
いくらそこに酸素を含む有機化合物Xがあっても
その場所（空気中）に有機化合物X以外の酸素がないと完全燃焼しません。
だから、完全燃焼してできた
有機化合物Ｘに存在した酸素Ｏは含まれているものの
他にも空気中の酸素Ｏ『も』含まれてしまっているのです。
・有機化合物X中の酸素
・空気中の酸素（燃やすために加えた酸素）
の両方が含まれてしまっているということです。
だから燃やすために加えた酸素も含まれてしまっているわけです。
わかっていただけたでしょうか？
ということは
不正解になってしまうということですね。
ではどうやって酸素の質量を求めたらよいのでしょう？
酸素は有機化合物Xの8.8グラム
というところを利用します。
有機化合物Xは全部で8.8グラムです。
炭素Ｃ、水素Ｈ、酸素Ｏを全部合わせて8.8グラムということです。
そしてここまで計算してきたように
炭素Cの質量は4.8グラム、水素Hの質量は0.8グラムでしたね。
炭素の質量4.8グラムと水素の質量0.8グラムを
全体の8.8グラムから引き算した値が酸素の質量ということです。
有機化合物Xの質量から炭素と水素の質量を引いたもの
ということで
酸素の質量は8.8ー（4.8＋0.8）＝3.2グラム
ということです。
・有機化合物Xの質量：8.8グラム
・炭素Cの質量は4.8グラム
・水素Hの質量は0.8グラム
・酸素Oの質量は3.2グラム
ということです。
そしたら
C、H、Oのmol比を求めましょう。
mol比は数の比率です。
数の比率は化学では一般的にmol比（モル比）で計算します。
⇒モル比についてはこちらで解説しています
まず、
・炭素Cの質量は4.8グラム
・水素Hの質量は0.8グラム
・酸素Oの質量は3.2グラム
とわかりましたね。
これを原子量で割ったらモル（mol）になります。
たとえば炭素のモル数は質量が4.8で原子量が12なので
4.8/12=0.4molです。
C:H:O＝4.8/12：0.8/1：3.2/16
＝0.4:0.8:0.2
=2:4:1
となりますね。
有機化学ではこうやって計算していきます。
C:H:O=2:4:1
なので、CとHとOが2:4:1の比率で入っていることがわかったのだえ
ただこれは組成式であって分子式ではありません。
有機化学では組成式のことを実験式ということもあります。
なぜなら実験的に燃やして得られた式だからです。
とりあえず組成式はでました。
次は分子量（重さ）を求めます。
これにはいろんな方法があります。
例えば分子量が小さければ蒸発させ
気体の状態方程式に代入して分子量を求める方法があります。
⇒理想気体の状態方程式をわかりやすく導出してみた！
あるいは分子量が大きいものはベンゼンなどに溶かします。
ベンゼンなどに溶かすと凝固点が下がります。
下がり具合から分子量を求める方法もあります。
⇒凝固点降下の原理と身近な例
こんな感じでいろんな方法で分子量を求めることができます。
例えばXの分子量が実験で132だったとしましょう。
先ほど組成式を求めました。
Xの組成式は
（炭素の分子量12、酸素の分子量16、水素の分子量は1だから）
⇒分子量と式量の求め方
Xの分子量は132で組成式から得られた式量は44だから
実際の分子量は3倍ですね。
なぜなら132÷44＝3だからです。
ということなので組成式
すると
だとわかりました。
これが分子式です。
よってXの分子式は
さらに研究であれば
実験を加えて性質を確かめていきます。
たとえば酸性だとわかったら『カルボキシル基』があるとか。
そうやって最後に構造を決めていきます。
有機化学の目的というというのは
構造式を決めるのが最終目標です。
⇒構造式・示性式・分子式・組成式の違いを酢酸を例にわかりやすく解説
ですが、材料がわからなければ構造もへったくれもありません。
だからまずは分子式を求めることが先です。
そのあと、酸性とかアルカリ性などの性質を調べて
最終的に構造式を決めるということです。
なのでまず分子式を求めるということは非常に重要です。
以上で解説を終わります。
