英: chemical formula、chemical formulae

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出典(authority):フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』「2015/05/31 21:15:00」(JST)

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化学式（かがくしき、英: chemical formula）とは、化学物質を元素の構成で表現する表記法である。分子からなる物質を表す化学式を分子式（ぶんししき、英: molecular formula）、イオン物質を表す化学式をイオン式（イオンしき、英: ionic formula）と呼ぶことがある。化学式と呼ぶべき場面においても、分子式と言い回される場合は多い。

化学式が利用される場面としては、物質の属性情報としてそれに関連付けて利用される場合と、化学反応式の一部として物質を表すために利用される場合とがある。　

種類

五酸化二リン（十酸化四リン）

化学式は大きく分けて物質の元素組成を示す組成式と、分子構造を表示する構造式とに分類される。前者はもっぱら化学量論に基づく化学方程式の中などで使われて量的関係を示すことが多く、後者は分子構造を図示したり、反応機構を説明する化学反応式などで反応に特有な構造やそれに関連した性質を示す場合に利用することが多い。

組成式と構造式とは必ずしも合致しない。たとえばリン酸の無水物である五酸化二リン（右図）は、組成式的には P₂O₅ であるが、構造式からは分子の最小単位がP₄O₁₀であることがわかる。

特に有機化合物は異性体が多いために、構造式や示性式（後述）で物質を識別する機会が多く、無機化合物では組成式で十分物質の識別が可能であることが多い。

以下に主な化学式の種類を示す。

組成式
分子式
示性式
構造式
電子式

化学式の構成

組成式も構造式も物質を構成する元素の種別は元素記号を使って表現される。また同一原子の個数を示すために元素記号の右下付き添え字をつけて表現する。

五酸化二リン: P₂O₅（組成式）
エタノール: CH₃CH₂OH（構造式）

またポリマーなどで反復の個数をワイルドカード的に示す場合に n、m などの英小文字が右下付き添え字として利用される場合もある。

ポリアセタール: CH₃CO[OCH₂CH₂]_nOCOCH₃

ラジカルあるいはイオンを表現する必要がある場合は、右上付き添え字で示す。ラジカルの場合は '・' を添え字とし、さらにイオンである場合は電荷に応じて '+' または '-' の符号を添え字とする。2価以上のイオンの場合は、正負を表す符号の前（左側）に価数を示す数字を添え字とする。

スーパーオキシドアニオン: O₂^-

化学式の部分構造を示すために丸括弧 ( ) や角括弧 [ ] が使用される場合もある。閉じ括弧に右下付き添え字が存在する場合は括弧で括られた部分構造がその添え字の数字の回数だけ反復することを意味する。ワイルドカード的に示すために n、m などの英小文字が使用される場合もある。

ポリアセタール: CH₃CO[O(CH₂)₂]_nOCOCH₃

括弧で括られた部分構造がラジカルあるいはイオンである場合は上記と同様な規則で閉じ括弧の右上付き添え字として付与する。

ヘキサシアノ鉄 (II) 酸イオン: [Fe^II(CN)₆]^4-

物質が一定比率の複数の要素で構成される場合は、各要素の化学式を·（ドット。日本語の約物である中黒「・」とは異なる記号^{[要検証 – ノート]}）で連結して1つの分子式として表す。特にイオン式の場合で、陽・陰イオンの構成比が1：1の場合は·が省略される場合もある。各構成要素の比率を示す場合は、それぞれの化学式の左側に係数をつける。係数は数値で示す場合と、ワイルドカード的に示すために n、m などの英小文字が使用される場合とが存在する。

硫酸銅 (II) 5水和物: CuSO₄·5H₂O
塩化ナトリウム: Na⁺Cl^-
塩化コバルトn水和物: CoCl₂·nH₂O

係数は比を既約してそれぞれに整数をつけるスタイルと、主要素の量を1とし、残りの要素の比を分数で示すスタイルとがある。いずれのスタイルであっても、係数が1の場合は省略される場合が多い。

硫酸カドミウム·水 (3/8): 3CdSO₄·8H₂O
半水セッコウ: CaSO₄·H₂O

同位体の扱い

通常、元素は天然組成比の同位体混合物を意味している。特定の同位体が含まれていることを明示する場合は、元素記号の表記方法に準じて元素記号の左上付き添え字に原子量を表記する。また、重水素（デューテリウム）、三重水素（トリチウム）の場合は D と T とがそれぞれ使用される場合がほとんどである。

¹⁸O-水: H₂¹⁸O
クロロホルム-d: CDCl₃

組成式

物質の元素組成を示す化学式を組成式（そせいしき、英: compositional formula, nominal composition）と呼ぶ。一般式（いっぱんしき、英: general formula）とよばれる場合もある。組成式は各元素毎にその比がまとめられるために、水素原子の省略や括弧を使った反復表現は使用されない。ただ, 任意の金属元素を示す M やハロゲン元素を示すX など、ワイルドカード的な利用例が見られる程度である。

五酸化二リン: P₂O₅（組成式）
ハロゲン化銅 (II): CuX₂

実験式

詳細は「実験式」を参照

実験的に求められた組成式を実験式（じっけんしき、英: empirical formula）と呼ぶ。組成式の場合、科学的知見に基づいた物質の構成から理論的に導かれる組成であるため、部分分子式の係数や元素記号の添え字として使用する原子数は整数とするのが普通である。一方、実験式の場合は定量的な測定結果に基づいて決定されるため、係数や添え字は必ずしも整数にはならない。

セッコウ: CaSO₄·1.1H₂O

構造式

物質の構造を示すための化学式を構造式とよぶ。通常は平面上に構造のトポロジー的な関係だけを維持して表現されるので、構造式は実際の構造を写実的に写したものではない。通常、構造式は二次元に展開された図表として表現されるが、特に結合を表す線分を使わずに、分岐部分を基として括弧で括って一連の文字列で表した構造式は示性式と呼ばれる。

構造式を示すには次に示す2つの方法がある。

個々の原子の間を化学結合を表す、一重線（単結合）、二重線（二重結合）あるいは三重線（三重結合）で連結して分子構造を表す方法。
特性基や基を連結して分子構造を表す方法。

これらの一方ないしは両方を使って構造式は表される。言い換えると示性式は後者の方法のみを使用し、基を組み立てて作成される。

アラニン: H₂NCH(CH₃)C(O)OH（示性式）; （構造式）

組成式とは異なり、構造式では特徴のある構造を強調する目的で種々の省略形が用いられる。特に示性式では下に示すような基を表す略号が汎用される^[1]。

部分構造	略号
CH₃	Me
CH₃CH₂	Et
CH₃CH₂CH₂	Pr
CH₃(CH₃)CH	ⁱPr
CH₃CH₂CH₂ CH₂	Bu
(CH₃)₃C	^tBu
C(=O)H	CHO
C(=O)OH	COOH, CO₂H
C(=O)OCH₂CH₃	COOEt, CO₂Et
C(=O)NH₂	CONH₂

示性式以外の構造式は骨格となる炭化水素部分の水素原子や炭素原子は省略形で作図される場合が多い。たとえば末端以外の炭素原子に置換している水素原子そのほとんどは結合も含めて作図されないことが多い。また、骨格の炭素原子は元素記号の表示が省略されて作図されないことが多く、言い換えると線分の頂点が炭素原子をあらわす場合が多い。しかし作図上紛らわしい場合は省略せずに表記すべきであり、省略されなかった水素原子は指示水素と呼ばれることがある。あるいは上述の基を表す略号の C や H は省略できない。

同一の物質（1-ブテン）を様々な化学式で書き表した例。

特殊な構造式

電子式

詳細は「電子式」を参照

原子同士の結合に関与する電子（価電子）対をコロン「：」で表現したもの。ルイス（1916年）が考案した^[2]ため、ルイス構造式(Lewis structure)ともいう。

窒素N₂: :N:::N:

立体表示と投影法

もともと構造式は透視図法のような立体を平面に射影した図表ではなく、トポロジー的な情報、すなわち個々の原子と連結した原子との相対的な位置関係以外は図表に表現され得ない。したがって、種々の立体表示方法と投影法が考案されている。つぎに立体表示方法と投影法の例を示す。

ニューマン投影法
CIP則によるRS表記法

主な化学式一覧

No.	化学式	名称
1	H₂	水素
2	O₂	酸素
3	N₂	窒素
4	F₂	フッ素
5	Cl₂	塩素
6	Br₂	臭素
7	I₂	ヨウ素
8	H₂O	水
9	H₂O₂	過酸化水素
10	H₂S	硫化水素
11	NH₃	アンモニア
12	CO	一酸化炭素
13	CO₂	二酸化炭素
14	NO	一酸化窒素
15	NO₂	二酸化窒素
16	SO₂	二酸化硫黄
17	SO₃	三酸化硫黄
18	O₃	オゾン
19	HF	フッ化水素
20	HCl	塩化水素
21	HBr	臭化水素
22	HI	ヨウ化水素
23	HNO₃	硝酸
24	H₂SO₄	硫酸
25	H₃PO₄	リン酸
26	H₂CO₃	炭酸
27	LiF	フッ化リチウム
28	NaF	フッ化ナトリウム
29	KF	フッ化カリウム
30	NH₄F	フッ化アンモニウム
31	MgF₂	フッ化マグネシウム
32	CaF₂	フッ化カルシウム
33	ZnF₂	フッ化亜鉛
34	AlF₃	フッ化アルミニウム
35	CuF	フッ化銅(Ⅰ)
36	CuF₂	フッ化銅(Ⅱ)
37	AgF	フッ化銀(Ⅰ)
38	LiCl	塩化リチウム
39	NaCl	塩化ナトリウム
40	KCl	塩化カリウム
41	NH₄Cl	塩化アンモニウム
42	MgCl₂	塩化マグネシウム
43	CaCl₂	塩化カルシウム
44	ZnCl₂	塩化亜鉛
45	BaCl₂	塩化バリウム
46	AlCl₃	塩化アルミニウム
47	PbCl₂	塩化鉛(Ⅱ)
48	PbCl₄	塩化鉛(Ⅳ)
49	FeCl₂	塩化鉄(Ⅱ)
50	FeCl₃	塩化鉄(Ⅲ)
51	CoCl₂	塩化コバルト(Ⅱ)
52	CuCl	塩化銅(Ⅰ)
53	CuCl₂	塩化銅(Ⅱ)
54	AgCl	塩化銀(Ⅰ)
55	LiBr	臭化リチウム
56	NaBr	臭化ナトリウム
57	KBr	臭化カリウム
58	NH₄Br	臭化アンモニウム
59	MgBr₂	臭化マグネシウム
60	CaBr₂	臭化カルシウム
61	ZnBr₂	臭化亜鉛
62	BaBr₂	臭化バリウム
63	AlBr₃	臭化アルミニウム
64	FeBr₃	臭化鉄(Ⅲ)
65	CuBr	臭化銅(Ⅰ)
66	CuBr₂	臭化銅(Ⅱ)
67	AgBr	臭化銀(Ⅰ)

脚注

^ 関連：宇都宮大学工学部超分子化学研究室（刊日不明）『有機基礎化学I 資料』2010年8月17日閲覧。
^ 論拠：Dickerson, Richard E; Gray, Harry B; Haight, Gilbert P.（1979年）「Chapter 11 Lewis Structures and the VSEPR Method」『Chemical principles』（第3版）The Benjamin/Cummings（カリフォルニア州メンロー・パーク）、ISBN 9780805323986、400頁目、2010年8月17日閲覧。

参考文献

ルイス, ギルバート・ニュートン（1916年4月）「The atom and the molecule」『Journal of the American Chemical Society』38巻4号762〜85頁、doi:10.1021/ja02261a002

UpToDate Contents

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1. 化学テロ：早急な認識および初回薬物治療マネージメント chemical terrorism rapid recognition and initial medical management
2. 局所化学熱傷 topical chemical burns
3. Nail avulsion and chemical matricectomy
4. Introducing formula to infants at risk for allergic disease
5. 急性出血性のびらん性胃障害および慢性化学性の胃障害 acute hemorrhagic erosive gastropathy and chronic chemical gastropathy

Japanese Journal

YSZにグラファイト検知極を付加した固体電気化学式NO₂センサ

Proceedings of the Chemical Sensor Symposium 59, 82-84, 2015-09
NAID 40020610707

中学校理科教科書の「酸・アルカリ」に関する単元に記された化学式の種類と回数(初等中学教育と大学教育の化学教育の現場における実践の報告)

化学と教育 63(6), 310, 2015-06-20
NAID 110010017220

Os-HRP酸化還元反応を用いた電気化学式乳酸センサの開発と汗中乳酸計測への応用

明治大学理工学部研究報告 = Research reports, School of Science and Technology, Meiji University (52), 1-6, 2015-03
NAID 40020437071

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Japan Pharmaceutical Reference

薬効分類名

腹膜透析用剤

販売名

エクストラニール腹膜透析液

組成

成分・分量

成分　　　　　　　　　　　　　　　　化学式　　　　　　　分量(g/L)
イコデキストリン　　　　　　　　(C₆H₁₀O₅)_n・xH₂O　　75
塩化ナトリウム　　　　　　　　　NaCl　　　　　　　　　　5.35
乳酸ナトリウム　　　　　　　　　C₃H₅NaO₃　　　　　　4.48
塩化カルシウム　　　　　　　　　CaCl₂・2H₂O　　　　　0.257
塩化マグネシウム　　　　　　　　MgCl₂・6H₂O　　　　0.051
添加物
塩酸(pH調整剤)　　　　　　　　　HCl　　　　　　　　　　適量
添加物
水酸化ナトリウム(pH調整剤)　 NaOH　　　　　　　　　適量

電解質濃度

電解質　　　　　　　　化学式　　濃度(mEq/L)
ナトリウムイオン　　　Na⁺　　　　 132
カルシウムイオン　　Ca²⁺　　　　3.5
マグネシウムイオン　Mg²⁺　　　　0.5
塩素イオン　　　　　　Cl^-　　　　　96
乳酸イオン　　　　　　C₃H₅O₃^-　 40

禁忌

トウモロコシデンプン由来物質に対し、過敏症の既往のある患者［本剤に含まれるイコデキストリンは、トウモロコシデンプンから得られた物質であるため］
糖原病の患者［マルターゼ欠損のため］
横隔膜欠損のある患者［胸腔へ移行し、呼吸困難が誘発されるおそれがある］
腹部に挫滅傷又は熱傷のある患者［挫滅又は熱傷の治癒を妨げるおそれがある］
高度の腹膜癒着のある患者［腹膜の透過効率が低下しているため］
尿毒症に起因する以外の出血性素因のある患者［出血により蛋白喪失が亢進し、全身状態が悪化するおそれがある］
乳酸代謝障害の疑いのある患者［乳酸アシドーシスが誘発されるおそれがある］

効能または効果

慢性腎不全患者における腹膜透析

本剤及びブドウ糖含有腹膜透析液それぞれの貯留時間と除水量の関係を十分理解し、透析液を選択及び処方すること。ただし、本剤の使用は1日1回のみである。(【薬効薬理】の項参照)
CAPD用腹膜透析液における用法・用量の範囲で適正に処方し、溢水と透析不足の原因となる食事内容やカテーテルトラブル等を排除したうえでこれらの症状が改善されない患者に本剤を適用するときは、必ず腹膜平衡試験(PET)等必要な検査を行いCAPD治療中止対象患者でないことを確認すること。また、本剤適用後も定期的に腹膜平衡試験(PET)を実施し、必要に応じCAPDの一時中止等の処置をとること。この際、「硬化性被嚢性腹膜炎(SEP)予防のためのCAPD中止基準指針」¹⁾が参考になる。

腹膜透析治療において1日1回のみ使用すること。通常、成人には1日3〜5回交換のうち1回の交換において本剤1.5〜2Lを腹腔内に注入し、8〜12時間滞液し、効果期待後に排液除去すること。本剤以外の交換にはブドウ糖含有腹膜透析液を用いること。

なお、注入量及び滞液時間は、症状、血液生化学値、体液平衡、年齢、体重等を考慮し適宜増減する。注入及び排液速度は、通常300mL/分以下とする。

1日1回のみ使用とすること。
本剤は1.36及び2.27％ブドウ糖含有腹膜透析液使用時に比べ、限外濾過量が増加するため、脱水症状を起こすことがないよう、本剤処方時は本剤と組み合わせて使用するブドウ糖含有腹膜透析液のブドウ糖濃度を併せて見直すこと。

慎重投与

腹膜炎、腹膜損傷、腹膜癒着及び腹腔内臓器疾患の疑いのある患者［腹膜炎、腹膜損傷、腹膜癒着及び腹腔内臓器疾患が悪化又は誘発されるおそれがある］
腹部手術後の患者［手術部位の治癒を妨げるおそれがある］
ジギタリス治療中の患者［ジギタリス中毒が誘発されるおそれがある］
食事摂取が不良の患者［栄養状態が悪化するおそれがある］
腹部ヘルニアのある患者［腹部ヘルニアが悪化するおそれがある］
腰椎障害のある患者［腰椎障害が悪化するおそれがある］
憩室炎のある患者［憩室炎が腹膜炎合併の原因となるおそれがある］
人工肛門使用患者［細菌感染を起こすおそれがある］
利尿剤を投与している患者［水及び電解質異常が誘発されるおそれがある］
高度の換気障害のある患者［胸腔圧迫により換気障害が悪化するおそれがある］
高度の低蛋白血症のある患者［低蛋白血症が悪化するおそれがある］
ステロイド服用患者及び免疫不全患者［易感染性であるため］

重大な副作用

心・血管障害

急激な脱水による循環血液量減少、低血圧、ショック等があらわれることがあるので、このような場合には本剤の投与を中止し、輸血、生理食塩液、昇圧剤の投与等適切な処置を行うこと。

被嚢性腹膜硬化症(EPS)

被嚢性腹膜硬化症(EPS)があらわれるおそれがあるので、観察を十分に行い、異常が認められた場合には適切な処置を行うこと。［「重要な基本的注意6.」の項参照］

薬効薬理

本剤は、浸透圧物質として7.5％イコデキストリン(グルコースポリマー)を含有する腹膜透析液である。本剤の特長として、慢性腎不全患者において長時間にわたり過剰な体内水分を持続的に除去(限外濾過)する。大分子物質であるイコデキストリンは、腹膜を介してコロイド(膠質)浸透圧較差を形成することにより限外濾過をもたらすとされている^8、9)。本剤及びブドウ糖含有腹膜透析液それぞれの貯留時間と除水量の関係を下図に示した。なお、データは文献及びシミュレーションによる参考値である。また本剤は、腹膜を介する濃度較差に基づく拡散作用によりクレアチニン、尿素、尿酸等の老廃物を持続的に除去する。更に本剤は、生理的レベルの電解質を含有するため血清電解質バランスを正常に維持し、アルカリ化剤として乳酸を含有するため酸塩基平衡を是正する。

図　本剤とブドウ糖含有腹膜透析液の除水カーブ^{7, 9, 10, 11)}

有効成分に関する理化学的知見

本剤は、浸透圧物質としてイコデキストリンを含有する腹膜透析液である。イコデキストリンは、トウモロコシデンプンを加水分解して製造及び精製されたもので、α(1-4)グリコシド結合からなる主鎖にα(1-6)グリコシド結合による分岐を有するグルコースポリマーである。重量平均分子量は13,000〜19,000、数平均分子量は5,000〜6,500である。イコデキストリンの化学構造式を以下に示す。