化学式とは？分子式・組成式・示性式など5種類の違いと一覧、SDSでの読み方

化学式は、元素記号と数字を組み合わせて物質やイオンを表す式の総称で、分子式・組成式・イオン式・示性式・構造式の5種類があります。式の種類によって読み取れる情報が違い、原子の数、原子の数の比、電荷、原子のつながりのどれを伝えたいかで使い分けます。

たとえばエタノールは分子式で C₂H₆O、示性式で C₂H₅OH と書き、食塩は組成式 NaCl で表します。工場では SDS（安全データシート）の分子式が教科書と違う並びだったり、同じ分子式の別の物質があったりするため、化学式は CAS 番号や濃度と一緒に読みます。

化学式とは？分子式・組成式・イオン式・示性式・構造式の5種類

化学式は、物質を構成する元素の種類と、その数や数の比を元素記号で表した式です。何を表したいかで5種類のどれを使うかが決まり、分子をつくる物質には分子式・示性式・構造式、分子をつくらないイオン結晶や金属には組成式を使います。

分子式 C₂H₆O からは原子の数しか分かりませんが、示性式 C₂H₅OH にするとアルコールの性質を決める OH 基（ヒドロキシ基）が見えます。塩化ナトリウムは分子という区切りがないので、組成式 NaCl とイオン式 Na⁺・Cl⁻ で表します。

図1：エタノールと塩化ナトリウムを化学式で表す

分子をつくる物質は4つの式で書き分けられ、イオン結晶は組成式とイオン式で表します。

※塩化ナトリウムの結晶は Na⁺ と Cl⁻ が交互に並んだ模式図。灰色の欄は、その物質では使わない表し方。

5種類の違いを表にまとめると次のとおりです。右下の小さな数字はその原子の数で、1のときは書きません。

種類	表すもの	例	よく使う場面
分子式	分子1個に含まれる原子の種類と数	H2O、C2H6O、C6H12O6	分子量の計算、SDS の成分欄
組成式	原子の数の最も簡単な整数比	NaCl、SiO2、Fe、CH2O	イオン結晶・金属・共有結合の結晶、元素分析の結果
イオン式	イオンの元素と電荷	Na+、Ca2+、SO42−	イオン反応式、水質分析の項目
示性式	官能基を分けて書いた式	C2H5OH、CH3COOH	有機物の性質を伝えたいとき
構造式	原子のつながりを線（価標）で書いた式	H−O−H、O＝C＝O	異性体の区別、反応のしくみの説明

組成式と分子式は数字だけが違うことも多く、グルコースの分子式 C₆H₁₂O₆ を約分すると組成式 CH₂O になります。SiO₂ がなぜ組成式で書かれるのか、元素分析の結果から分子式を決める手順は組成式と分子式の違いで詳しく扱っています。

化学式の読み方：後ろの元素から「〜化」と読む

2種類の元素からなる化合物は、後ろの元素から「〜化〜」と読み、原子の数は漢数字で付けます。CO₂ は二酸化炭素、N₂O₄ は四酸化二窒素で、前の元素が1個のときは「一」を付けませんが、CO の一酸化炭素のように後ろの元素の「一」は残します。

イオン結晶は陰イオンの名前から読み、NaCl は塩化ナトリウム、CaCO₃ は炭酸カルシウムです。結晶に水を含む物質は CuSO₄・5H₂O を硫酸銅(II)五水和物と読み、点のあとの数字が結晶1単位あたりの水の数を表します。

覚える化学式と組み立てる化学式：よく使う化学式の一覧

化学式は分子式・イオン式・構造式まで含むため、全部を一覧にするときりがありません。覚えておくのは小さな分子と主なイオンだけで、組成式や二糖のように部品から組み立てられる式は、作り方を知っていれば十分です。

下の一覧は、化学の説明や反応式に繰り返し出てくる物質と、式の書き分けが分かる代表例に絞りました。現場で使う薬品は、覚えた式と照らすだけでなく、SDS で物質名・CAS 番号・濃度を必ず確かめます。

図2：覚える化学式と組み立てる化学式

覚えるのは部品になる式で、組成式や二糖はそれを組み合わせて書けます。

単体と小さな分子H₂、O₂、H₂O、NH₃、CO₂、C₆H₆ など。反応式の基本になる覚える

主なイオンNa⁺、Ca²⁺、OH⁻、SO₄²⁻ など。電荷の数（価数）まで覚える覚える

イオンからなる物質の組成式陽イオンと陰イオンの電荷を釣り合わせて書く。Al₂(SO₄)₃ など組み立てる

二糖・高分子単糖や単量体から水が抜けてつながる数で決まる。C₁₂H₂₂O₁₁ など組み立てる

よく使う分子の分子式と構造式の一覧

分子式や構造式は電子配置から考えて作ることもできますが、よく使う小さな分子は覚えたほうが早く確実です。1種類の元素だけでできた単体と、2種類以上の元素でできた化合物に分けると次のようになります。

区分	名称	分子式	構造式
単体	水素	H2	H−H
単体	窒素	N2	N≡N
単体	酸素	O2	O＝O
単体	塩素	Cl2	Cl−Cl
化合物	水	H2O	H−O−H（折れ線形）
化合物	アンモニア	NH3	N に H が3本（三角錐形）
化合物	二酸化炭素	CO2	O＝C＝O（直線形）
化合物	メタン	CH4	C に H が4本（正四面体形）
化合物	ベンゼン	C6H6	炭素6個の環（亀の甲）

水が折れ線形、二酸化炭素が直線形という形の違いは、分子全体に電気の偏りが残るかどうかを決めます。分子の形から極性を見分ける方法は極性分子と無極性分子の見分け方にまとめています。

ベンゼンは分子式 C₆H₆ で、構造式では単結合と二重結合が交互に並ぶ六角形で書きますが、ふだんは H を省いた六角形の略記を使います。六角形の中に○を描く書き方の意味はベンゼン環の構造式の書き方で解説しています。

硫酸・硝酸・リン酸は、化学工業で使う量が多い代表的な酸で、どれもオキソ酸に分類されます。オキソ酸は中心の原子に酸素が結合し、その酸素に水素イオンとして離れる H が付いた酸で、この3つは構造式の OH の数が電離できる H の数と一致しています。

図3：硫酸・硝酸・リン酸の構造式

中心の原子に O と OH が結合した形で、OH の H が水素イオンとして離れます。

※硝酸の N と O の結合は、実際には二重結合と単結合が入れ替わった形（共鳴）の平均で、N は＋、片方の O は−の電荷をもつ形で書くこともある。

硫酸は H₂SO₄、硝酸は HNO₃、リン酸は H₃PO₄ で、分子式の H の数がそのまま2価・1価・3価の酸であることを表します。硫酸を工業的につくる流れは接触法で、同じ塩素でも酸素の数でオキソ酸の強さが変わる例は塩素のオキソ酸の違いで扱っています。

糖では、グルコース・ガラクトース・フルクトースがどれも分子式 C₆H₁₂O₆ の単糖です。グルコースとガラクトースの違いは4番目の炭素についた OH の向きだけで、分子式では区別できず、構造式で初めて別の物質だと分かります。

単糖の立体の向きを平面で書き分けるには、縦横の線で表すフィッシャー投影式が便利です。二糖は単糖2個から水1分子が抜けてつながった物質なので、改めて覚えなくても次の式から分子式を出せます。

図4：単糖2個から二糖ができる

どの単糖の組み合わせでも分子式は C₁₂H₂₂O₁₁ で、組み合わせで名前が変わります。

単糖どうしをつなぐ結合の名前と、マルトース・スクロースで性質が違う理由はグリコシド結合の記事で説明しています。

イオン式の一覧と読み方

イオン式は、元素記号の右上に電荷の数（価数）と符号を書きます。1族の元素は1価、2族の元素は2価の陽イオンになると周期表から決められますが、遷移元素と多原子イオンは価数ごと覚える必要があります。

陽イオン	イオン式	価数
水素イオン	H+	1
ナトリウムイオン	Na+	1
カリウムイオン	K+	1
銅(I)イオン	Cu+	1
アンモニウムイオン	NH4+	1
マグネシウムイオン	Mg2+	2
カルシウムイオン	Ca2+	2
銅(II)イオン	Cu2+	2
亜鉛イオン	Zn2+	2
鉄(II)イオン	Fe2+	2
鉄(III)イオン	Fe3+	3
アルミニウムイオン	Al3+	3

陰イオン	イオン式	価数
フッ化物イオン	F−	1
塩化物イオン	Cl−	1
ヨウ化物イオン	I−	1
水酸化物イオン	OH−	1
硝酸イオン	NO3−	1
炭酸水素イオン	HCO3−	1
酢酸イオン	CH3COO−	1
硫化物イオン	S2−	2
硫酸イオン	SO42−	2
炭酸イオン	CO32−	2
リン酸イオン	PO43−	3

銅や鉄のように価数が2通り以上ある元素は、名前にローマ数字を付けて区別します。価数が変わる理由は典型元素と遷移元素の違いで、NH₄⁺ の4本目の N−H 結合ができるしくみは配位結合で説明しています。

イオンからなる物質の組成式は、イオン式から組み立てる

イオンからなる物質の組成式は、新しく覚えなくてもイオン式から作れます。陽イオンと陰イオンの電荷の合計がゼロになる個数の比を求め、陽イオンを先、陰イオンを後に並べて、多原子イオンが2個以上ならかっこでくくります。

図5：硫酸アルミニウムの組成式を組み立てる

価数の最小公倍数で電荷をそろえると、イオンの個数の比が決まります。

STEP 1イオン式を書くアルミニウムイオン Al³⁺ と硫酸イオン SO₄²⁻

STEP 2電荷を釣り合わせる3と2の最小公倍数は6。Al³⁺ が2個で＋6、SO₄²⁻ が3個で−6

STEP 3陽イオンを先に並べるAl₂(SO₄)₃。読みは陰イオンから「硫酸アルミニウム」

逆に、組成式からは元の分子を決められません。グルコース C₆H₁₂O₆、ホルムアルデヒド HCHO、酢酸 CH₃COOH はどれも組成式が CH₂O になるため、分子の物質では組成式に分子量の情報を足して分子式を決めます。

水溶液中ではイオン式のまま反応を書くほうが分かりやすく、沈殿や中和は反応に関わるイオンだけを残して表します。組成式のままの化学反応式をイオンに分けて書き直す手順はイオン反応式の書き方にあります。

実際の工場では：SDS の化学式と CAS 番号を照らし合わせる

工場や品質管理の現場で化学式を最もよく目にするのは、薬品の SDS です。SDS は JIS Z 7253 で16項目の書き方が決められた書類で、化学式は3項「組成及び成分情報」に、化学名・別名・CAS 番号・濃度と並んで載っています。

一方、容器に貼る GHS ラベルに載るのは製品名、絵表示、注意喚起語、危険有害性情報、注意書き、供給者で、化学式は必須の項目ではありません。ラベルで製品と危険性を確かめ、化学式や成分は SDS で確かめるという役割分担です。

SDS の3項に並ぶ分子式・CAS 番号・官報公示整理番号

厚生労働省が公開しているモデル SDS では、エタノールの3項に次の欄が並びます。安衛法の通知事項では成分の名称と含有量が必須で、CAS 番号と別名も書くことが望ましいとされています。

• 化学名又は一般名：エタノール（別名 エチルアルコール）
• 濃度又は濃度範囲：100%
• 分子式（分子量）：C₂H₆O（46.069）
• 化学特性（示性式又は構造式）
• CAS 番号：64-17-5
• 官報公示整理番号：化審法 (2)-202、安衛法 既存

同じモデル SDS で、水酸化ナトリウムの分子式は HNaO、水酸化カルシウムは CaH₂O₂ と書かれています。教科書の NaOH・Ca(OH)₂ と見た目は違っても、元素を決まった順（Hill 方式）に並べ直しただけで同じ物質です。

図6：SDS で薬品を確かめる順番

化学式は見た目が変わりやすいので、名前と番号で物質を決めてから量の情報を読みます。

STEP 1化学名と別名苛性ソーダ＝水酸化ナトリウムのように、現場の呼び名と化学名を結びつける

STEP 2CAS 番号物質ごとに1つ。化学式が同じ別の物質や、水和物と無水物もここで区別する

STEP 3分子式と分子量「・5H₂O」が付いているか、分子量が無水物の値かを見る

STEP 4濃度と換算の基準水溶液の濃度、何の物質に換算した含有率かを確かめてから量を計算する

官報公示整理番号は、日本の化審法や安衛法で既存の物質として扱われているかを表す番号です。新しい化学物質を製造・輸入するときの届出は新規化学物質の電子申請の記事で紹介しています。

化学式だけでは物質が決まらない：CAS 番号で確かめる

分子式が同じでも原子のつながりが違う物質（異性体）は、性質がまったく違います。C₂H₆O にはエタノールとジメチルエーテル、C₃H₈O には 1-プロパノールと 2-プロパノールがあり、CAS 番号は物質ごとに別の番号が付いているので取り違えを防げます。

図7：分子式が同じで別の物質

示性式と CAS 番号を見れば、同じ分子式の物質を区別できます。

※CAS 番号は NIST Chemistry WebBook で確認。用途は代表的なもの。

CAS 番号は、米国化学会の一部門 CAS（Chemical Abstracts Service）が物質ごとに付ける登録番号です。試薬の発注では CAS 番号・グレード・容量まで指定し、受け入れのときに SDS の番号が注文と合うかを照合します。

同じ物質でも水和物と無水物は別の番号で、硫酸銅(II)は無水物が 7758-98-7、五水和物が 7758-99-8 です。CAS 番号が1桁でも違えば別の品物として扱い、化学式の見た目が似ていても代わりに使わないのが原則です。

薬品の呼び名と化学式の対応

工場では、化学名ではなく工業界の呼び名で薬品を呼ぶことが多く、発注書や日報にもその名前で書かれます。苛性ソーダ・ソーダ灰・消石灰などはモデル SDS の別名欄にも載っています。主な呼び名を、化学名・化学式・CAS 番号と並べると次のとおりです。

現場での呼び名	化学名	化学式	CAS 番号
苛性ソーダ	水酸化ナトリウム	NaOH	1310-73-2
ソーダ灰	炭酸ナトリウム	Na2CO3	497-19-8
重曹	炭酸水素ナトリウム	NaHCO3	144-55-8
消石灰	水酸化カルシウム	Ca(OH)2	1305-62-0
生石灰	酸化カルシウム	CaO	1305-78-8
次亜塩素酸ソーダ（次亜）	次亜塩素酸ナトリウム（水溶液）	NaClO	7681-52-9
IPA	2-プロパノール	(CH3)2CHOH	67-63-0
硫酸バンド	硫酸アルミニウム	Al2(SO4)3	10043-01-3

苛性ソーダとソーダ灰は名前が似ていますが、強い塩基の NaOH と、それより弱い Na₂CO₃ で、取り違えると中和に要る量も危険性も変わります。苛性ソーダの潮解性や工場での扱いは水酸化ナトリウムの性質、ソーダ灰をつくる工程はソルベー法（アンモニアソーダ法）で扱っています。

実際の工場では：水和物と換算表記で量を間違えない

化学式の読み違いがそのまま量の間違いになるのが、水和物と換算表記です。物質名と CAS 番号を確かめても、結晶の中の水を含む重さか、別の物質に換算した含有率かを見落とすと、仕込み量が2倍以上ずれます。

「・10H₂O」は結晶の中に入っている水

Na₂CO₃・10H₂O の「・10H₂O」は、炭酸ナトリウム1単位あたり水10分子が結晶の中に組み込まれていることを表します。見た目は乾いた結晶でも、この水は重さに含まれるため、同じ1 kg でも無水物と十水和物では炭酸ナトリウムの量が違います。

水和物は湿気を吸ったり、乾いた空気中で水を失ったりして重さが変わることもあります。結晶の水がイオンを取り囲むしくみや、医薬品で水和物と無水物を別の結晶として扱う理由は水和と水和物の記事で解説しています。

計算例：炭酸ナトリウムの無水物と十水和物

レシピに「炭酸ナトリウム 1.00 kg」と書かれていて、手元に十水和物しかない場面で考えます。原子量（H 1.008、C 12.011、O 15.999、Na 22.990）から式量を出し、その比で量を直します。

図8：炭酸ナトリウム十水和物 1 kg の中身

重さの6割以上は結晶の中の水で、無水物と同じ量を入れるには2.7倍を量ります。

十水和物を無水物のつもりで 1 kg 入れると、炭酸ナトリウムは計画の37%しか入りません。量った重さが全部目的の物質ではないという考え方は、純度やファクターの補正と同じで、試薬の純度を含めた配合計算はモル質量と式量の換算で扱っています。

液体の硫酸アルミニウムは Al₂O₃ 換算で書かれる

浄水場で凝集剤に使う液体の硫酸アルミニウムは、含有率を Al₂(SO₄)₃ ではなく、酸化アルミニウム Al₂O₃ に換算した値で表します。静岡県企業局の工業用水道の購入仕様書では、水道用硫酸アルミニウム（液体）の品質を「酸化アルミニウム 8.0〜8.2%」と定めています。

同じ液を「Al₂O₃ 8%」と読むか「硫酸アルミニウム 27%」と読むかで、数字は3倍以上違います。含有率を見たら、何の化学式に換算した値かを必ず確かめるのが、注入量の計算や受け入れ検査の前提です。

化学式・CAS 番号・換算基準の確認は、薬品を新しく使うときのリスクアセスメントでも最初の手順になります。SDS の情報から危険性を見積もる流れはリスクアセスメントのやり方でまとめています。

化学式のよくある質問

化学式と化学反応式はどう違いますか？

化学式は1つの物質やイオンを表す式で、化学反応式は反応する物質と生じる物質の化学式を矢印でつないだ式です。反応式では、両辺の原子の数がそろうように化学式の前に係数を付けます。

化学式の右下の数字と前の大きな数字の違いは何ですか？

右下の小さな数字はその物質1単位に含まれる原子の数で、変えると別の物質になります。前の大きな数字は反応式の係数で、物質の個数（物質量）を表すので、2H₂O は水分子が2個という意味です。

CAS 番号はどこで調べられますか？

無料で引けるものに、CAS が公開する CAS Common Chemistry や、製品評価技術基盤機構（NITE）の化学物質総合情報提供システム NITE-CHRIP があります。NITE-CHRIP では CAS 番号から日本の法令の対象かどうかも一緒に確かめられます。

元素記号と化学式は何が違いますか？

元素記号は1種類の元素（原子の種類）を表す記号で、化学式は元素記号を組み合わせて物質を表した式です。Fe や C のように元素記号1文字がそのまま金属や黒鉛の組成式になる物質もあります。

まとめ

化学式は、教科書では物質を表す記号の約束ごとですが、工場では薬品を正しく選んで正しい量を入れるための確認項目になります。物質の量の単位やモル計算の土台は平均分子量の求め方でも扱っています。

出典

出典・参考資料（8件）を開く出典・参考資料を閉じる

• SDS の記載事項：厚生労働省 労働基準局安全衛生部化学物質対策課「労働安全衛生法のＳＤＳの記載内容と課題」
• モデル SDS（エタノール・水酸化ナトリウム・炭酸ナトリウム・炭酸水素ナトリウム・水酸化カルシウム・生石灰・次亜塩素酸ナトリウム・イソプロピルアルコール・硫酸銅(II)五水和物）：厚生労働省 職場のあんぜんサイト「GHS対応モデルラベル・モデルSDS情報」
• CAS 番号・分子式・分子量：NIST Chemistry WebBook、PubChem「Sodium carbonate decahydrate」
• 水道用硫酸アルミニウムの品質：静岡県企業局工業用水道事業「水道用硫酸アルミニウム 購入仕様書」（令和8年度）
• オキソ酸の定義：IUPAC Gold Book「oxoacids」
• 原子量：IUPAC CIAAW「Standard Atomic Weights」
• CAS 番号の検索：CAS Common Chemistry、NITE 化学物質総合情報提供システム（NITE-CHRIP）
• 化合物の命名：日本化学会 化合物命名法委員会 編『化合物命名法 第2版』東京化学同人（2016）