실험식(empirical formula, 實驗式)은 화합물에 존재하는 원소의 비율을 표시하는 화학식이다. 실험식은 CaCl₂와 같이 이온 화합물의 화학식, SiO₂와 같은 거대 분자와 같이 분자를 정의하기 어려운 경우나, 이온결정과 같이 명확한 경계가 없는 물질을 나타낼때 주로 쓰인다. 실험식은 분자에 포함된 원자수를 가장 간단한 정수비로 나타낸다. 이와 같은 실험식은 구성원자의 개수를 정확하게 알 수 없다는 단점이 있다. 즉, 분자식 CH₂O 와 C₆H₁₂O₆의 실험식은 CH₂O로 같다. 또한 역으로 실험식n=분자식이 된다.
상세
실험식이란 화학에서 화합물 속의 원자 조성을 나타내는 가장 간단한 화학식이다. 또한 실험이나 관측에 의해 알려졌으나 이론적 근거는 부족한 상관관계, 즉 경험식을 의미하기도 한다.
화합물에서 각 원소기호 뒤에 가장 간단한 정수비로 각 성분원소의 원자수의 비율을 붙인 식을 말한다. 예를 들면, 아세트산을 고려해 본다. 아세트산의 시성식은 CH₃COOH이다. 결합관계를 고려하지 않고, 아세트산이 이루는 원소들의 수를 표현한 분자식은 C₂H₄O₂가 된다. 각 원소들의 구성 비율은 C : H: O = 1: 2: 1 이므로, 실험식은 CH₂O가 된다.
위와 같이 다른 분자인 포름알데하이드, 글리세르알데하이드, 포도당을 고려해 보면, 이들의 화학식(시성식)은 순서대로 다음과 같다. HCHO, CH₂OH - CHOH - CHO, C₆H₁₁₂O₆. 이들의 분자식은 순서대로 다음과 같이 표현된다. CH₂O, C₃H₆O₃, C₆H₁₂O₆. 이 세 가지 분자들은 아세트산과 동일한 실험식 CH₂O을 갖는다.
한편, 과학에서 경험적 관계 또는 현상학적 관계는 실험이나 관측에 의해 뒷받침되는 관계 또는 상관관계이지만 반드시 이론에 의해 뒷받침되는 것은 아닐 수도 있다. 이론적으로는 명확하게 설명되지는 않지만, 실험에 의해 의미있는 관계식이 형성된 경우, 이를 실험식 또는 실험 관계식이라고 한다. 실험 관계식은 첫 번째 원칙과 같은 이론적 기초와 관계없이 확인된 데이터에 의해서 높은 신뢰도를 갖고 만들어 진다. 초기에는 단순히 실험적 사실만으로 설정된 관계식이지만, 이후 이에 대한 이론적 설명이 발견되어 더 이상 경험적, 실험적이지 않게 되기도 한다.
한 예가 수소 스펙트럼 선의 파장을 예측하는 Rydberg 공식이다. 1888년에 스웨덴의 물리학자 요하네스 뤼드베리(Johannes Robert Rydberg, 1854 ~ 1919)가 발견한 Rydberg 공식은 수소 스펙트럼 선의 라이먼 계열 파장은 완벽하게 예측하였지만, 덴마크의 물리학자 닐스 보어(Niels Bohr, 1885 ~ 1962)가 1913년 원자의 보어 모델을 제안하면서 비로소 이론적 뒷받침이 되었다.
참고자료
같이 보기
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