実験式（経験式）の定義と化学・物理学における役割

実験式（じっけんしき、英: empirical formula）あるいは経験式は、化学および物理学などの分野において用いられる概念であるが、その意味合いは学問分野によって異なる。

化学における実験式

化学における実験式とは、化合物中に含まれるそれぞれの元素の原子数の最も単純な整数比を表したものである。分子内の異性や構造、あるいは原子の絶対数とは直接的な関連を持たない。イオン結合を持つ多くのイオン性化合物や、二酸化ケイ素などの高分子化合物において標準的に用いられる。「実験（empirical）」という名称は、化合物中の元素の相対比を決定する分析化学の手法である元素分析のプロセスに由来している。

これに対し、分子式は1分子中に存在するそれぞれの種類の原子の実際の数を表し、構造式はさらに分子内部の結合構造を示している。

例えば、ヘキサンの分子式はC₆H₁₄であるが、その実験式は炭素と水素の比が3:7であることからC₃H₇となる。また、異なる化合物であっても同一の実験式を持つ場合がある。例えば、ホルムアルデヒド、酢酸、グルコースはいずれも等しい実験式であるCH₂Oを持つ。しかし、ホルムアルデヒドの分子式がそのままCH₂Oであるのに対し、酢酸はその2倍、グルコースは6倍の原子数を含んでいる。

物理学における実験式

物理学の文脈における実験式は、厳密な第一原理から直接導き出されたものではなく、実験結果や観察された傾向などの経験的関係に由来する、実験結果を予測するための数学方程式を指す。

一例として、水素原子のスペクトル線の波長を予測するリュードベリの式が挙げられる。この式は1888年に提唱され、ライマン系列などの波長を正確に予測したものの、後にニールス・ボーアがボーアの原子模型を提唱するまでは理論的な基礎を欠いていた。