はじめに

例えば、塩素Clと炭素Cにはそれぞれ2種類の同位体が存在する。

この時、ClとCから出来た化合物である四塩化炭素CCl4にはいくつの「相対質量が異なる分子」が存在するだろうか。

例えば、塩素の同位体の1つである35Clが4つと炭素の同位体の1つである12Cが1つで形成された四塩化炭素CCl4の相対質量は「35+35+35+35+12=152」となるし、35Clが2つ、37Clが2つ、13Cが1つで形成された四塩化炭素CCl4の相対質量は「35+35+37+37+13=155」となるよね。

今回は、このような相対質量の異なる分子数が複数存在する場合の、分子数の数え方について解説していこうと思う。

相対質量ってなに?同位体って何?という人はまず「【決定版】相対質量・原子量・分子量・式量の定義、求め方、計算問題」「同素体と同位体の違いは?硫黄・炭素・酸素・リンの同素体の特徴も!」を見てから以下の文を読んでみてね!


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相対質量の異なる分子数の数え方

問題

塩素には35Clと37Clの、炭素には12Cと13Cの同位体が存在するとして、CCl4には相対質量の異なる分子が何種類存在するか。

『早稲田大学 2016年 参考』

上で少し述べたように、塩素と炭素にはそれぞれ2つずつ同位体が存在する。

これらが形成する分子「四塩化炭素CCl4」の相対質量は、4つのClの相対質量と1つのCの相対質量の合計で表されるので「4つのClと1つのCの組み合わせ」を考えていく必要がある。

組み合わせを考える際は全てのパターンを網羅するように紙に1つ1つ書き出してあげる。(そこまで組み合わせパターンが多い問題が出題されることはないので数学のように数式を使って考える必要はない)
まずは、塩素の同位体35Clと37Clの組み合わせを書き出す。

5つ組み合わせができたね。

次に、炭素の同位体について考えていく。
炭素の同位体は12Cと13Cの2つなので塩素の組み合わせと合わせて考えると次のようになる。

以上より、四塩化炭素の相対質量の異なる分子の数は10個である。

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