実際にわかる分子量
周期表上のすべての原子には質量があり、すべての分子は固定数の原子が結合したものにすぎません。式内のすべての原子質量を合計すると、分子量が得られます。これは、その物質の 1 モル (6.022 × 1023 分子) の質量であり、1 モルあたりのグラム数で表されます。これは、化学者が紙に書かれた式から、秤で量ることができる実際の量を導き出すための数値です。
これは研究室では常に重要です。反応は原子の結合方法であるためモル単位で計画されますが、秤はグラムを測定します。分子量は、この 2 つの間の換算係数です。やり方を間違えると、溶液が意図した 2 倍の濃度になってしまうか、反応の途中で 1 つの試薬がなくなってしまいます。
手作業で解決する
プロセスは毎回同じです。式を要素とその数に分割し、各要素の原子量を調べて乗算し、すべてを加算します。水は最も単純な例です。
H2O = (2 × H) + (1 × O)
= (2 × 1.008) + (1 × 15.999)
= 2.016 + 15.999 = 18.015 g/mol
括弧は代数学と同じように機能します。括弧の中にあるものはすべて右括弧に続く添え字で乗算され、その結果が合計に組み込まれます。水酸化カルシウム Ca(OH)2 は、1 つのカルシウム原子に 2 つの水酸化基が結合しています。
Ca(OH)2 = Ca + 2 × (O + H)
= 40.078 + 2 × (15.999 + 1.008)
= 40.078 + 31.998 + 2.016 = 74.092 g/mol
グルコース C6H12O6 のような大きな分子の場合、同じ規則が各元素に対して繰り返されます。炭素 6 個、水素 12 個、酸素 6 個に、それぞれ独自の原子量を掛けて合計します。この計算機はまさにその演算を即座に実行し、要素ごとの内訳を表示するので、作業を確認できます。
水和物: 水が結晶の一部である場合
Some compounds crystallize with water molecules locked into their structure — copper sulfate pentahydrate, CuSO4·5H2O, is a classic example, and the bright blue crystals you might recognize from a chemistry set. The dot (or a raised middle dot, ·) means "plus, separately": calculate the anhydrous compound and the water as two blocks, then add them.
CuSO4 = 63.546 + 32.066 + (4 × 15.999) = 159.608 g/mol
5H2O = 5 × 18.015 = 90.075 g/mol
CuSO4·5H2O = 159.608 + 90.075 ≈ 249.68 g/mol
これが、同じ化合物の無水形態と水和形態のモル質量が著しく異なる理由です。水は四捨五入誤差ではなく、この場合、結晶の総重量のおよそ 36% です。水和物を十分に加熱すると、その水分が失われ、軽い無水粉末が残ります。
原子量が整数ではなく小数である理由
周期表には塩素が 35.453 で記載されており、整然とした 35 や 37 ではありません。これは不正確ではありません。塩素は、主に塩素 35 と塩素 37 の同位体の混合物として自然に発生し、記載されている値は、自然界で遭遇するすべての原子の存在量加重平均です。 IUPAC と NIST はこれらの標準原子量を維持しており、計算機はすべての元素に対して公開されている値を使用するため、結果は印刷された周期表や研究室のリファレンス シートから得られるものと一致します。
分子量をグラムとモルに変換する
モル質量がわかれば、グラムとモルの間の変換は 1 回の除算または乗算です。
moles = mass (g) ÷ molar mass (g/mol)
mass (g) = moles × molar mass (g/mol)
この 1 つの関係がソリューションの準備を支えます。この計算機とモル濃度計算機目標濃度から、計量する必要がある固体の正確な質量まで直接測定できます。また、化学量論も可能です。化学量論では、バランスのとれた方程式内のすべての反応物と生成物が、それぞれのモル質量を通じて変換され、収率と残りの試薬が計算されます。