グラムからモルへの変換 | 無料の化学計算ツール

グラムからモルへの換算とは何か？

グラムからモルへの換算とは、ある質量が何モルの物質に相当するかを求める手順です。モルは、原子、分子、イオンを数えるために化学者が用いる単位です。グラムからモルへの換算によって、実験室のはかりで測定した質量と、化学反応に関与する粒子の数が結び付けられます。

化学反応式は、ある物質1モルが別の物質の決まった数のモルと反応するというように、モルを使って反応を表します。一方、はかりは質量をグラムで測定します。この2つを換算することで、化学者は係数をそろえた化学反応式を、実際に量り取る量に変換できます。

任意の物質の1モルには、正確に6.02214076 × 10²³個の構成粒子が含まれます。この数はアボガドロ定数と呼ばれます。国際度量衡総会（CGPM）がモルの定義を改訂した2019年に、この正確な値に固定されました。

グラムからモルへの換算式

モル数は、グラム単位の質量を物質のモル質量で割って求めます。

$\text{モル数} = \frac{\text{質量（g）}}{\text{モル質量（g/mol）}}$

逆に、モルからグラムへ換算する場合は、割る代わりに掛けます。

$\text{質量（g）} = \text{モル数} \times \text{モル質量（g/mol）}$

モル質量とは、物質1モルの質量で、通常はグラム毎モル（g/mol）で表します。単一元素の場合、モル質量は周期表に示された原子量です。化合物の場合は、化学式に含まれるすべての原子の原子量を合計したものです。

モル質量の計算方法

化合物のモル質量を求めるには、各元素の原子量に、化学式中に現れる個数を掛けて合計します。化学式の下付き数字は、各元素の原子数を示します。

• 水素（H）：1.008 g/mol
• 炭素（C）：12.011 g/mol
• 酸素（O）：15.999 g/mol
• 水（H₂O）：2（1.008）+ 15.999 = 18.015 g/mol、通常は18.02 g/molと表記
• グルコース（C₆H₁₂O₆）：6（12.011）+ 12（1.008）+ 6（15.999）= 180.16 g/mol

これらの原子量は、IUPACが公表している標準値です。古い教科書では酸素を16.00と丸めていることがあり、その場合、モル質量の最後の小数桁がわずかに変わります。

化学式中の括弧は、その中にあるすべての原子に適用されます。リン酸カルシウムCa₃（PO₄）₂には、カルシウム原子が3個、リン原子が2個、酸素原子が8個含まれます（4個の酸素原子からなるグループが2つ）。各元素が1個ずつ含まれるわけではありません。

硫酸銅(II)五水和物（CuSO₄·5H₂O）などの水和物には、結晶中に結合した水分子が含まれます。これらの水分子の質量をモル質量に加える必要があります。CuSO₄·5H₂Oでは、5個の水分子について5 × 18.02 g/molを加えます。

計算例

問題： 塩化ナトリウム（NaCl）25 gをモルに換算します。

手順1：NaClのモル質量を求める。

• ナトリウム（Na）：22.99 g/mol
• 塩素（Cl）：35.45 g/mol
• NaCl：22.99 + 35.45 = 58.44 g/mol

手順2：質量をモル質量で割る。

$\text{モル数} = \frac{25 \text{ g}}{58.44 \text{ g/mol}} = 0.4278 \text{ mol}$

したがって、NaCl25 gは0.4278 molに相当します。換算ツールはすべての結果を小数点以下4桁に丸めるため、この例では0.4278と表示されます。

この換算ツールは逆方向にも計算できます。モルからグラムへの換算に切り替えると、モル質量が40.00 g/molである水酸化ナトリウム（NaOH）0.05 molの質量を求められます。

$\text{質量} = 0.05 \text{ mol} \times 40.00 \text{ g/mol} = 2.0 \text{ g}$

モル質量をゼロにすることはできません。ゼロで割ることには答えがないためです。モル質量欄が0に設定されている場合、換算ツールは結果の代わりにエラーを表示します。

なぜ換算が重要なのか

平衡化学反応式は反応物と生成物のモル比を示しますが、試薬は質量で測定されます。グラムからモルへの換算が、この2つを結び付ける手順です。

反応の化学量論。 反応式2H₂ + O₂ → 2H₂Oでは、水素ガス10 gは10 ÷ 2.016 = 4.96 molのH₂に換算されます。反応式はH₂とO₂の比が2:1であることを示すため、4.96 molのH₂には2.48 molのO₂が必要です。これは、2.48 × 32.00 = 79.4 gのO₂に相当します。

溶液の調製。 500 mLの0.1 mol/L水酸化ナトリウム溶液を作るには、NaOHが0.1 × 0.5 = 0.05 mol必要であり、これは0.05 × 40.00 = 2.0 gです。

限量試薬の問題。 2つの反応物を混合するとき、それぞれをモルに換算して平衡化学反応式と比較すれば、どちらが先に使い果たされ、生成できる生成物の量を制限するかが分かります。

組成式。 実験データでは通常、化合物中の各元素の質量パーセントが示されます。各元素の質量をモルに換算し、そのモル比を比較すると、化合物の最も単純な整数比の化学式が得られます。

よく使われるモル質量

モルの歴史

アメデオ・アボガドロは1811年、同じ温度と圧力にある気体の等体積には、同数の分子が含まれると提唱しました。この考えは現在アボガドロの法則と呼ばれ、質量と粒子数を結び付ける初期の一歩でした。「モル」という語は、通常、1890年代にドイツ語の「Mol」（分子量を意味する語の略）に基づいて用いた化学者ヴィルヘルム・オストヴァルトに帰されます。

1971年、モルは公式なSI基本単位となり、炭素12-12 g中の原子数と同数の要素粒子を含む物質量と定義されました。2019年、SIは改訂され、モルは炭素12の物理的な試料による定義ではなく、アボガドロ定数の固定値6.02214076 × 10²³によって直接定義されるようになりました。

よくある質問

化学におけるモルとは何か？ モルは物質量のSI単位です。1モルの物質には、1ダースが12個を意味するのと同じように、6.02214076 × 10²³個の粒子が含まれます。これにより、化学者は粒子を量ることで数えられます。

グラムとモルの間で換算する理由は？ 化学反応式はモル比を使って反応を表しますが、試薬は質量で測定されます。この換算によって、平衡化学反応式をはかりで量り取れる量に変換できます。

化合物のモル質量はどのように求めるか？ 化学式中のすべての原子の原子量を、それぞれ正しい個数だけ数えて加算します。括弧内の原子や、水和物の場合は結晶中の水分子も含めます。

モル質量を知らずにグラムをモルへ換算できるか？ できません。換算にはモル質量が必要です。換算を行う前に、モル質量を調べるか化学式から計算しなければなりません。

分子量とモル質量の違いは？ 2つの数値は一致しますが、測定しているものは異なります。分子量（相対分子質量とも呼ばれます）は、1つの分子を炭素12原子の十二分の一と比較した値で、単位を持ちません。モル質量は物質1モルの質量で、グラム毎モルで表します。

モルを粒子数に換算するには？ モル数にアボガドロ定数を掛けます。粒子数 = モル数 × 6.02214076 × 10²³。逆に換算する場合は、粒子数をアボガドロ定数で割ります。

モル質量を計算するときによくある間違いは？ Ca(NO₃)₂のように括弧内の原子を数え忘れたり、CuSO₄·5H₂Oのような水和物に含まれる水分子を加え忘れたりすることです。