組成式と分子式の違いとは？SiO2が組成式の理由と元素分析での決め方

組成式は物質をつくる原子の数を最も簡単な整数の比で表した式、分子式は1個の分子に含まれる原子の実際の数を表した式です。グルコースなら組成式は CH₂O、分子式は C₆H₁₂O₆ で、二酸化ケイ素（SiO₂）は分子をつくらない物質なので、比を表す組成式でしか書けません。

どちらの式も元素記号と数字の並びなので、CO₂ と SiO₂ のように見た目だけでは区別できないのが混乱の元です。SDS（安全データシート）や材料の分析報告書でも、その式が分子を表すのか比を表すのかで、分子量の意味や読み取れることが変わります。

この記事では、組成式と分子式の違いを示性式・構造式とあわせて表で整理し、SiO₂・NaCl・金属が組成式で書かれる理由を図で確かめます。

続けて、元素の並べ方や二酸化炭素・硫酸アルミニウムといった日本語名の読み方など、化学式の書き方と読み方の決まりをまとめます。後半は練習問題と、元素分析から分子式を決める計算、SDS・ガラス・電池材料に出てくる化学式の読み方まで進みます。

組成式と分子式の違い：原子の比で書くか、1分子の数で書くか

組成式と分子式の違いを一言でいうと、組成式は原子の数の最も簡単な整数比を、分子式は1個の分子に含まれる原子の種類と実際の数を表す点です。英語では前者を empirical formula、後者を molecular formula と呼びます。

ここで押さえたいのは、「分子があるかどうか」と「最も簡単な比で書くかどうか」が別の軸である点です。分子でできた物質にも組成式はあり、過酸化水素 H₂O₂ の組成式は HO、ベンゼン C₆H₆ の組成式は CH、硫黄の分子 S₈ の組成式は S になります。

一方で、分子をつくらないイオン結晶や共有結合の結晶、金属には区切りになる「1個の分子」がないため、分子式は書けず組成式だけを使います。組成式は金属やイオン結晶のための式だと覚えてしまうと、この2つの軸が混ざってしまうので注意が必要です。

分子式と組成式の関係は、分子式が組成式をちょうど n 倍したもの、という式で書けます。n は分子量を組成式の式量（組成式に含まれる原子の原子量の合計）で割れば求まり、グルコースなら CH₂O の式量30に対して分子量が180なので n＝6 です。

化学式にはこのほか、官能基（性質を決める原子の集まり）を分けて書く示性式と、原子のつながりを線で描く構造式があります。酢酸を4つの式で書き分けると、下の図のように後ろの式ほど分子の情報が増えていきます。

図1：酢酸を4つの化学式で書き分ける

組成式は比だけ、分子式は原子の数、示性式は官能基、構造式はつながり方まで表します。

組成式 CH₂OC：H：O＝1：2：1 の比だけ。ホルムアルデヒドやグルコースとも同じ

分子式 C₂H₄O₂1分子に C 2個、H 4個、O 2個。分子量60.05が分かる

示性式 CH₃COOHカルボキシ基（−COOH）を分けて書き、酸の性質が読める

構造式原子のつながり方まで描く。異性体を区別できる

※分子量は CIAAW の原子量で計算。構造式は平面に描いた模式図です。

示性式や構造式が必要になるのは、分子式が同じでも原子のつながり方が違う物質（異性体）があるからです。エタノール（C₂H₅OH）とジメチルエーテル（CH₃OCH₃）はどちらも分子式が C₂H₆O ですが、前者は常温で液体の酒精、後者は燃料やスプレーの噴射剤に使われる気体です。

4つの式の違いを、代表的な物質で表にまとめます。水や二酸化炭素のように、組成式と分子式がまったく同じになる物質も多いので、「CO₂ は分子式、SiO₂ は組成式」という区別は、式の見た目ではなく物質に分子があるかどうかで決まっていると考えます。

項目	組成式	分子式	示性式	構造式
表すもの	原子の数の最も簡単な整数比	1分子中の原子の種類と数	官能基を分けた分子の式	原子のつながり方（価標で結ぶ）
英語	empirical formula	molecular formula	rational formula	structural formula
使える物質	化学式で書けるすべての物質	分子でできた物質だけ	主に有機化合物	主に分子でできた物質
酢酸	CH2O	C2H4O2	CH3COOH	H3C−C(＝O)−O−H
グルコース	CH2O	C6H12O6	（環の形で描くことが多い）	六員環の構造式
水	H2O	H2O（組成式と同じ）	H2O	H−O−H
二酸化ケイ素	SiO2	なし（分子がない）	なし	網目の一部を図で示す
塩化ナトリウム	NaCl	なし（イオン結晶）	なし	なし（結晶構造で示す）

組成式は英語で empirical formula と呼び、実験（元素分析）で求まる式という意味から「実験式」とも訳されます。説明を求められたときは「組成式は物質を構成する原子の数を最も簡単な整数比で表し、分子式は分子を構成する原子の種類と数を表す」と答えれば過不足がありません。

組成式が同じでも分子式が違う物質は、身近にいくつもあります。CH₂O という組成式だけでは分子の大きさは決まらず、ホルムアルデヒド・酢酸・乳酸・グルコースは、分子量が組成式の1倍・2倍・3倍・6倍という関係になっています。

図2：同じ組成式 CH₂O でも分子の大きさは違う

CH₂O のかたまりを何個つなげた大きさかが n で、分子量は 30.03 × n になります。

※分子量は CIAAW の原子量から計算した値で、PubChem の値と一致します。四角は数の比を示すもので、分子の中で CH₂O のかたまりが実際に並んでいるわけではありません。

組成式と分子式の違いがわかりにくい物質：SiO₂・NaCl・金属・黒鉛

SiO₂ が組成式なのは、分子をつくらず、Si と O が 1：2 の比で果てしなくつながった網目だからです。見た目は CO₂ とそっくりで、Si と C は同じ14族の元素ですが、2つの物質のつくりはまったく違います。

CO₂ では C が2つの O とそれぞれ二重結合をつくり、O＝C＝O という直線形の小さな分子で手が埋まります。分子どうしは弱い分子間力で集まっているだけなので、常圧では −78.5℃ で固体（ドライアイス）から気体に変わります。

分子の形でいえば、CO₂ は極性分子と無極性分子の見分け方で扱う直線形の無極性分子です。1個ずつ取り出せる分子があるので、CO₂ は分子式として書けます。

Si は原子が大きく O との二重結合が安定しないため、4本の単結合で4つの O と結びつきます。その O が隣の Si ともう1本の結合をつくるので、つながりが三次元に広がって終わりがありません。

どこまでが1個の分子という区切りがないため、SiO₂ では原子の数の比だけを書きます。「巨大な分子」と説明されることもありますが、実際には結晶全体が1つの網目になった共有結合の結晶です。

図3：CO₂ は分子、SiO₂ は区切りのない網目

CO₂ は1個ずつ数えられる分子、SiO₂ は O を隣の Si と共有しながら広がる網目です。

※平面に描いた模式図です。実際の SiO₂ は、Si を中心に4つの O が正四面体の向きに並び、その四面体が頂点の O を共有して立体の網目をつくります。

網目のどこを切り出しても、Si 1個のまわりには O が4個あり、その O は隣り合う2個の Si に共有されています。Si 1個あたりの O を数えると次のように2個になり、結晶が大きくなっても比は変わりません。

共有結合でできた物質が網目の結晶になるか小さな分子になるかの見分け方は、移行済みの共有結合の結晶と分子結晶の違いで、融点や硬さの比較とともに詳しく整理しています。ダイヤモンドや黒鉛も同じ網目の仲間で、炭素だけでできているので組成式は元素記号の C になります。

塩化ナトリウム NaCl は、Na^＋ と Cl⁻ が交互に並んだイオン結晶で、ここにも「1個の分子」はありません。NaCl は Na と Cl が1：1で含まれることを示す組成式で、水に溶かしたときの反応をイオンごとに書くイオン反応式では、Na^＋ と Cl⁻ に分けて扱います。

鉄や銅などの金属も、原子が自由電子でつながった結晶なので、組成式として元素記号の Fe や Cu をそのまま書きます。マグネシウムや亜鉛の結晶の並び方は六方最密構造の密度と充填率で扱っていて、どの金属でも結晶の中に分子の区切りはありません。

ここまでの判断を、物質の構造から式を選ぶ順に並べたのが次の図です。まず分子があるかを確かめ、分子がある物質では分子式を基本にして、必要に応じて比の組成式も添えます。

図4：組成式で書くか、分子式で書くかの選び方

分子があれば分子式で実際の数を示せます。分子がなければ組成式（または元素記号）しか書けません。

STEP 1物質に分子があるかを見る小さな粒として1個ずつ数えられる単位があるか。気体や液体、有機化合物の多くは分子でできている

STEP 2分子があれば分子式CO₂、H₂O、I₂、C₆H₁₂O₆。比が知りたいときは組成式（CH₂O など）も書ける

STEP 3分子がなければ組成式イオン結晶（NaCl、Al₂O₃）、共有結合の結晶（SiO₂、SiC）、金属・黒鉛は元素記号（Fe、Cu、C）

※ヨウ素 I₂ のように固体でも分子が集まった結晶（分子結晶）なら、分子式で書きます。

分子がない物質では、1個の分子の質量を表す「分子量」も本来は使えず、組成式の原子量の合計を「式量」と呼んで区別します。SiO₂ の 60.08 や NaCl の 58.44 は式量ですが、SDS などでは慣用的に「分子量」の欄にこの値が書かれていることもあります。

化学式の書き方と読み方のルール：分子式は元素の並び順、組成式は電荷の釣り合いで決まる

組成式と分子式の違いが分かっても、元素をどの順に並べて日本語でどう読むかが分からないと、化学式と物質名を結びつけられません。この章では、分子でできた物質の分子式と、イオン結晶の組成式について、書き方と読み方の決まりを IUPAC の命名法に沿って整理します。

分子式の書き方：元素を並べる順番と数字の付け方

分子式では、元素記号の右下に原子の数を小さく書き、1個のときは数字を省きます。H₂O は H が2個と O が1個、C₆H₁₂O₆ は C・H・O がそれぞれ6個・12個・6個入った分子という意味です。

2種類の元素からなる分子では、電気的に陽性の元素を先に、陰性の元素を後に書くのが IUPAC の決まりです。並べる基準には電気陰性度の数値そのものではなく、周期表をもとに決めた元素の順番表が使われ、CO₂・CCl₄・H₂S・HCl はこの順に沿っています。

アンモニアが H₃N ではなく NH₃ と書かれるのも、この順番表で H が15族と16族の間に置かれているからです。N や C は H より前に、O・S・ハロゲンは H の後ろに書くので、NH₃ は例外ではなく決まりどおりの並びです。

酸素を含む酸（オキソ酸）は、伝統的に水素を先頭にして、中心の原子、酸素の順に書きます。H₂SO₄・HNO₃・H₂CO₃ がその例で、有機化合物を C・H から書く Hill 方式は、後半の SDS の章で扱います。

分子式の読み方：後ろの元素から「〜化」と読み、数は漢数字で付ける

2種類の元素からなる物質の日本語名は、化学式の後ろに書く陰性の元素から「〜化」と読み、前の元素の名前を続けます。英語の carbon dioxide とは語順が逆になり、原子の数は一・二・三などの漢数字で、それぞれの元素名の前に付けます。

化学式	日本語名	英語名
CO	一酸化炭素	carbon monoxide
CO2	二酸化炭素	carbon dioxide
CCl4	四塩化炭素	carbon tetrachloride
CS2	二硫化炭素	carbon disulfide
N2O4	四酸化二窒素	dinitrogen tetraoxide
P4O10（組成式 P2O5）	五酸化二リン	diphosphorus pentaoxide

数が1のときの「一」はふつう省きますが、CO と CO₂ のように同じ元素の組み合わせで別の物質がある場合は、一酸化炭素と付けて区別します。リンの酸化物は分子が P₄O₁₀ なのに組成式 P₂O₅ から五酸化二リンと呼ばれ、名前が組成式に由来する例です。

水 H₂O やアンモニア NH₃、硝酸 HNO₃ のように、規則で組み立てた名前ではなく昔からの慣用名で呼ぶ物質もあります。酸素の数の違いを「次亜・亜・過」で表す名前は、塩素のオキソ酸の違いで次亜塩素酸から過塩素酸までの4つを並べて整理しています。

イオン結晶の組成式の書き方：陽イオンを先に、電荷の合計をゼロにする

イオン結晶の組成式は陽イオンを先、陰イオンを後に書き、結晶全体で電荷の合計がゼロになるように数の比を決めます。陽イオンの価数と個数の積が、陰イオンの価数と個数の積に等しくなる最も簡単な整数の組を探すのが基本の手順です。

SO₄²⁻ や PO₄³⁻ のような多原子イオンが2個以上入るときは、イオン全体を括弧でくくり、括弧の外の右下に個数を書きます。括弧がないと、硫酸イオンが3個あるのか O の数が違うのかを式から読み分けられなくなります。

陽イオンが2種類あるときは、陽イオンどうしをアルファベット順に並べます。ミョウバンの性質と用途で扱うカリミョウバンが AlK(SO₄)₂·12H₂O と書かれ、Al が K より前に来るのはこの決まりによるものです。

イオン結晶の組成式の読み方：陰イオンの名前から読む

組成式の日本語名は、陰イオンの名前から「イオン」を外して先に読み、陽イオンの名前を続けます。「〜化物イオン」は「〜化」に、「〜酸イオン」は「〜酸」になるので、NaCl は塩化ナトリウム、Al₂(SO₄)₃ は硫酸アルミニウムと読みます。

イオン結晶では価数から数の比が1通りに決まるので、名前に二・三などの数字は付けないのがふつうです。鉄や銅のように価数が2通り以上ある金属では、塩化鉄(II) FeCl₂ と塩化鉄(III) FeCl₃ のように、ローマ数字で酸化数を添えて区別します。

工場で薬品を扱うときは、このローマ数字や「次亜」「亜」の一字の違いが別の物質を意味します。次亜塩素酸ナトリウム NaClO と亜塩素酸ナトリウム NaClO₂ はどちらも漂白や殺菌に使われるので、SDS や発注書では名前と化学式に加えて CAS 番号まで照らし合わせます。

最後に、イオンの組み合わせから組成式と名前を書く練習です。左の列だけを見て組成式と名前を書いてから、右の電荷の確かめ方で答え合わせをしてください。

イオンの組み合わせ	組成式	名前	電荷の確かめ
Cu2＋ と SO42−	CuSO4	硫酸銅(II)	（＋2）× 1 ＋（−2）× 1 ＝ 0
Al3＋ と O2−	Al2O3	酸化アルミニウム	（＋3）× 2 ＋（−2）× 3 ＝ 0
Ca2＋ と PO43−	Ca3(PO4)2	リン酸カルシウム	（＋2）× 3 ＋（−3）× 2 ＝ 0
NH4＋ と SO42−	(NH4)2SO4	硫酸アンモニウム	（＋1）× 2 ＋（−2）× 1 ＝ 0

組成式と分子式の練習問題

定義を確かめる基本問題を2つ解いたあと、燃焼の結果から組成式と分子式を決める応用問題に進みます。応用問題の考え方は、次の章の元素分析とそのままつながっています。

問題1：グルコースの組成式と分子式を求める

グルコース（ブドウ糖）は、1分子に C が6個、H が12個、O が6個含まれる分子なので、分子式は C₆H₁₂O₆ です。組成式は原子の数の比を最も簡単な整数にしたものなので、次のように6で割って CH₂O になります。

水溶液の中のグルコースは、鎖の形と六員環の形の間を行き来していて、環をつくる仕組みはアセタールとヘミアセタールの構造で説明しています。形が変わっても原子の数は同じなので、分子式と組成式は変わりません。

問題2：組成式で表す物質はどれか

次の4つの物質を化学式で表したとき、組成式で表されるものを選ぶ問題です。選択肢は、黒鉛、ヨウ素、塩化ナトリウム、アンモニアの4つです。

答えは黒鉛と塩化ナトリウムです。黒鉛は炭素原子が共有結合で平面の網目をつくる結晶なので、分子の区切りがなく元素記号の C で表し、塩化ナトリウムはイオン結晶なので組成式 NaCl で表します。

ヨウ素は I₂ という分子が分子間力で集まった分子結晶、アンモニアは NH₃ という分子なので、どちらも分子式で表します。固体か気体かではなく、粒の単位が分子かどうかで判断するのが、この問題で確かめたいポイントです。

問題3（応用）：燃焼で出た CO₂ と H₂O の質量から分子式を決める

C・H・O だけからなる有機化合物 9.00 mg を完全に燃やしたところ、CO₂ が 13.19 mg、H₂O が 5.40 mg できました。この化合物の分子量を180として、組成式と分子式を求めます。

C はすべて CO₂ に、H はすべて H₂O になったと考えて、それぞれの質量に含まれる C と H の質量を出します。O は燃焼のときに外から加わるので直接は測れず、試料の質量から C と H を差し引いて求めます。

この計算から分かるとおり、燃焼の結果だけで決まるのは組成式までで、分子式を決めるには分子量という別の情報が必要です。分子量が180ではなく90なら、同じ燃焼結果でも分子式は C₃H₆O₃（乳酸など）になります。

実際の分析室では：元素分析で組成式を出し、分子量で分子式を決める

ここからは、問題3と同じ考え方が実際の分析室でどう使われているかを見ていきます。元素分析で分かるのは元素の質量の割合と、そこから計算する組成式までで、分子式を決めるには質量分析などで求めた分子量と照らし合わせる必要があります。

CHN 元素分析装置のしくみ

大学や企業の分析室で使われる CHN 元素分析装置は、問題3の燃焼を自動で行う装置です。有機化合物を燃焼分解して CO₂・H₂O・N₂ などに変え、熱伝導度検出器（TCD：ガスの熱の伝わりやすさの違いで量を測る検出器）で C・H・N の含有量を求めます。

九州大学の装置の説明では、試料をスズ製の容器に詰めて燃焼炉に入れます。燃焼炉の設定は950℃ですが、スズが燃えるときの発熱で1,800℃以上に達するとされています。燃焼ガスは不要な成分を除いたあと、銅を詰めた還元管で窒素酸化物を N₂ に戻し、3つのガスを分けて検出します。

測った値は、アセトアニリドなど組成が分かっている標準物質で決めた係数を使って質量%に直します。O は多くの装置で直接測らず、問題3と同じく100%から C・H・N などの合計を差し引いて求めるので、ハロゲンや金属を含む試料では差し引きの値に誤差が乗ります。

図5：元素分析の結果から分子式を決めるまで

元素分析だけで決まるのは組成式までです。分子式には分子量という別の測定値が要ります。

※元素分析の原理は岡山大学・九州大学の装置案内による。O は多くの場合、差し引きで求めます。

計算例：カフェインの質量%から分子式を決める

C・H・N・O からなる白い結晶を分析して、C 49.48%、H 5.19%、N 28.85%、O 16.48%（差し引き）という結果が出たとします。試料を100 gと考えると各元素の質量がそのまま g で読めるので、原子量で割って物質量の比を出します。

実際の分析値は理論値からわずかにずれるので、比が 4.00 ではなく 3.98 のように出ても、整数に丸めてから分子量で確かめます。比が 1.5 や 2.33 に近いときは、2倍・3倍して整数にそろえるのが、比を読むときの基本です。

「±0.4%」の目安と分析値の読み方

新しい化合物を合成したとき、元素分析の値が計算値から ±0.4% 以内に収まることを、多くの学術誌が純度の目安として求めてきました。ただしこの値は、分析のばらつきまで考えて決めた一律の合否基準ではありません。

2022年の国際比較では、市販の5つの化合物を18の分析機関で測り、C・H・N の436件中47件（10.78%）が ±0.4% を外れました。著者らは、特定の機関が系統的に外れやすいとは言えず、試料も表示どおりの純度とみなせるとして、この基準には根拠が乏しいと結論しています。

品質管理で元素分析の値を使うときも、合否だけで読まず、同じ装置で測った過去のロットの値や、別の分析法の結果と並べて判断するのが基本です。製品ごとの規格値や試験の手順の決め方は品質保証の仕事の流れにまとめたので、分析結果が品質判断にどう組み込まれるかをあわせて確かめてください。

実際の工場では：SDS・ガラス・電池材料の化学式の読み方

工場や取引の書類に出てくる化学式は、教科書の組成式・分子式の区別に加えて、並べ方の決まりや材料ごとの慣習で書かれています。原子の比、分子があるか、材料の構造の3つを分けて読むと、同じ SiO₂ でも書類によって何を表しているかが見えてきます。

SDS の化学式：並び順は Hill 方式、SiO₂ は O₂Si と書かれる

化学品の SDS には、成分の化学名・CAS 番号とともに化学式が載ります。厚生労働省の職場のあんぜんサイトにある結晶質シリカのモデル SDS では、化学式が「O₂Si」、分子量が60.084と書かれています。

同じ SDS の CAS 番号は 14808-60-7、化審法の官報公示整理番号は 1-548 で、書類の上で物質を特定するときはこちらの番号を使います。

SiO₂ が O₂Si になるのは、データベースや索引で使われる Hill 方式で元素を並べているからです。Hill 方式は C を先頭、H を2番目にして残りをアルファベット順に並べ、C を含まない物質ではすべての元素をアルファベット順にするので、O が Si より前に来ます。

この並べ方は検索や整理のための決まりで、組成式か分子式かとは別の話です。新しい化学物質の届出で使う官報公示整理番号の扱いは新規化学物質の電子申請で説明していて、書類の上では化学式よりも CAS 番号や整理番号で物質を特定するのが確実です。

同じ SiO₂ でも水晶・石英ガラス・シリカゲル・酸化膜は別の材料

組成式が SiO₂ の材料は、原子が規則正しく並んだ水晶（石英）、並びが不規則な石英ガラス、すき間だらけの網目を乾かしたシリカゲルなど、構造の違うものがいくつもあります。組成式は比しか表さないので、化学式が同じでも硬さや透明さ、吸湿性はまったく違います。

シリカゲルはケイ酸のゲルを乾燥させてつくり、その作り方はゾルとゲルの違いとゾル-ゲル法で扱っています。半導体の工場では、シリコンウェーハの表面を酸化してつくる薄い SiO₂ の膜が絶縁膜として使われ、その位置づけは半導体の前工程の流れで確かめられます。

セラミックス部品でも、アルミナ（Al₂O₃）や窒化ケイ素（Si₃N₄）は組成式で書かれ、性能は結晶の種類や粒の大きさで変わります。材料ごとの使い分けはファインセラミックスの用途と種類にまとめていて、どの材料も式だけでは品質が決まらない点は共通です。

ガラスとセメントは酸化物の質量%で組成を書く

窓ガラスなどのソーダ石灰ガラスは、決まった比をもつ化合物ではなく、いくつもの酸化物が溶け合って固まった非晶質（結晶でない固体）です。そのため1つの化学式では書かず、SiO₂・Na₂O・CaO などの酸化物に換算した質量%で組成を表します。

成分（酸化物に換算）	質量分率［%］	ガラスの中での役割
SiO2	73.08	網目をつくる主成分
Na2O	13.32	網目を切って融けやすくする
CaO	8.20	水に溶けにくくする
MgO	3.51	CaO と同じ働きを分担
Al2O3	1.21	耐久性を上げる
K2O	0.33	Na2O と同じ働き
SO3・Fe2O3・TiO2 ほか	0.36	原料や清澄剤に由来する微量成分

この表の値は、ある製造ロットのソーダ石灰板ガラスを複数の試験所が複数の方法で分析して決めた認証値で、規格の上限・下限ではありません。分析法を確かめるための標準物質として使われ、工場の分析室ではこうした値と自社の測定値を比べて装置や手順の確かさを確認します。

セメントの業界では、酸化物を1文字で略す書き方が使われます。CaO を C、SiO₂ を S、Al₂O₃ を A、Fe₂O₃ を F と書きます。主要な鉱物のエーライト Ca₃SiO₅（3CaO·SiO₂）は C₃S、ビーライト Ca₂SiO₄ は C₂S です。

合金・不定比化合物・電池材料は小数や x で組成を書く

合金のように成分の割合を連続して変えられる材料では、整数比の組成式ではなく、成分の質量%や小数の添字で書きます。身近な合金の成分は合金の組成と用途のまとめで確かめられます。

IUPAC の命名法でも、組成が一定でない相は「~CuZn」のように前に「~（およそ）」を付けて書けるとしています。さらに詳しく示したいときは、Cu_xNi_1−x（0≦x≦1）のように変数 x を使います。

酸化物の中にも、比が整数からずれる不定比化合物があります。名目上 FeO と書かれるウスタイトは鉄が少し足りない状態で安定し、Fe_1−xO と書かれます。酸化鉄の種類による性質の違いは赤錆と黒錆の磁性の違いで扱っています。

リチウムイオン電池の正極材料も小数の添字で書かれる代表例で、ニッケル系の NMC811 は LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂ と表します。Ni・Mn・Co が結晶の同じ位置を8：1：1の割合で分け合っていることを示す式です。

正極・負極・電解質の材料が電池の種類でどう変わるかは、全固体電池とリチウムイオン電池の違いで整理しています。材料の仕様書でも、こうした小数の組成で製品の種類を区別しています。

結晶の中に水分子を決まった数だけ含む水和物は、「·」でつないで書きます。セッコウの CaSO₄·2H₂O がその例で、加熱して水が抜けると性質が変わる様子はセッコウと焼きセッコウの違いで説明しています。

図6：工場の書類で見る化学式の4つの書き方

整数比・質量%・小数や x・繰り返しの単位。どの書き方かで、式から読み取れることが変わります。

整数比の組成式SiO₂、NaCl、Al₂O₃。分子のない結晶。SDS では Hill 方式で O₂Si のように並ぶこともある

酸化物の質量%ガラス、セメント、鉱石、耐火物。1つの式で書けない混ざりものを、酸化物ごとの割合で表す

小数の添字や xLiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂、Fe_1−xO、~CuZn。同じ位置を分け合う割合や、比のずれを示す

繰り返し単位と水和物ポリエチレン（C₂H₄）_n、セッコウ CaSO₄·2H₂O。n は分子ごとに違い、平均の値で扱う

※IUPAC「Nomenclature of Inorganic Chemistry（2005）」IR-4・IR-11、厚生労働省モデル SDS、NIST SRM 1831、セメント鉱物の表記は Bogue 表記による。

高分子は1本ごとに鎖の長さが違うため、ポリエチレンなら繰り返しの単位を括弧でくくって（C₂H₄）_n のように書きます。どの書き方も、式が表しているのは比なのか、実際の分子なのか、平均なのかを確かめてから数字を読むのが、現場で化学式を扱うときの共通の注意点です。

組成式と分子式のよくある質問

組成式と実験式は同じものですか？

どちらも原子の数を最も簡単な整数比で表した式で、英語ではどちらも empirical formula です。日本の教科書では、有機化合物の元素分析から求めた式を特に「実験式」と呼ぶことが多く、意味は組成式と同じです。

CO₂ の組成式は何ですか？

CO₂ の組成式も CO₂ です。C と O の比 1：2 はこれ以上簡単にできないので、分子式と組成式が同じ式になり、「CO₂ は分子式」というのは分子が実際にあるので分子式として書ける、という意味です。

高分子の化学式はどう書きますか？

繰り返しの単位を括弧でくくり、添字に n を付けて書きます。ポリエチレンは（C₂H₄）_n または −［CH₂−CH₂］_n− と書き、n は鎖ごとに違うので、分子量は平均の値で表します。

組成式で陽イオンの元素を先に書くのはなぜですか？

IUPAC の命名法では、2種類の元素からなる物質は電気的に陽性の元素を先に、陰性の元素を後に書くのが慣習だからです。NaCl や Al₂O₃、MgO もこの決まりに沿っています。

一方、構造の情報が少なく並べる基準がほかにないときの組成式は、C・H を先頭にしてアルファベット順に書くとされていて、SDS の O₂Si はこの考え方に近い並べ方です。

まとめ

組成式と分子式の違いは、式の見た目ではなく、その物質に数えられる分子があるかどうかと、比で書くか実際の数で書くかの2つの軸で整理できます。この区別を押さえておくと、SDS や分析の報告書、材料の規格に並ぶ化学式を、何を表す式なのか確かめながら読めるようになります。

化学式で表される材料が製品の中でどう使い分けられているかは、材料技術の基本とあわせて読むと、分析室で出した数字と工場の材料選びとのつながりがつかみやすくなります。

出典

出典・参考資料（15件）を開く出典・参考資料を閉じる

• 組成式・分子式・構造式の定義、不定比化合物の書き方、元素の並べ方、二元化合物と塩の名前：IUPAC「Nomenclature of Inorganic Chemistry – IUPAC Recommendations 2005」（IR-4.2、IR-4.4、IR-5.2〜5.4、IR-11.1〜11.3）
• 次亜塩素酸ナトリウム・亜塩素酸ナトリウムの用途（漂白・殺菌）：食品安全委員会「添加物評価書 亜塩素酸ナトリウム（第3版）」（2009年、意見募集用の案）、東ソー「次亜塩素酸ナトリウム」
• 化合物名の日本語表記（倍数接頭語の漢数字、陰性成分から読む順、酸化数の添え方）：神奈川大学 理学部化学科 廣津昌和「化学表現Ⅱ 命名法のまとめ」（2023）
• empirical formula の定義：IUPAC Gold Book「empirical formula」
• 原子量：CIAAW「Abridged Standard Atomic Weights」
• 分子量・分子式：PubChem「Glucose」、「Acetic acid」、「Formaldehyde」、「Lactic acid」、「Caffeine」、「Dimethyl ether」
• CHN 元素分析の原理：岡山大学 自然生命科学研究支援センター「元素分析装置（CHN, CHNS）利用講習会」、九州大学「CHN 元素分析」（Perkin Elmer 2400II の説明）
• ±0.4% の目安と国際比較：Kuveke et al.「An International Study Evaluating Elemental Analysis」ACS Central Science 8(7), 2022
• 結晶質シリカの化学式・分子量・CAS 番号・官報公示整理番号：厚生労働省 職場のあんぜんサイト「モデル SDS：結晶質シリカ」
• Si が O と二重結合をつくりにくい理由：LibreTexts Chemistry「Comparison Between Silicon and Carbon」
• 二酸化炭素の昇華点：NIST Chemistry WebBook「Carbon dioxide: Phase change data」
• Hill 方式：Stanford University Libraries「Hill Order」
• ソーダ石灰ガラスの組成：NIST「Certificate of Analysis, Standard Reference Material 1831 Soda-Lime Sheet Glass」
• セメント鉱物の表記：「Morphological Analysis of White Cement Clinker Minerals: Discussion on the Crystallization-Related Defects」（PMC4897671）
• NMC811 の組成：「Benchmarking the electrochemical parameters of the LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 positive electrode material for Li-ion batteries」（PMC10709181）