3.10: 化学方程式

化学方程式は、化学反応に関与する物質の固有性と相対的な量を表します。 反応する物質は反応物質と呼ばれ、その式は方程式の左側に置かれます。 反応によって生成される物質は生成物質と呼ばれ、その式は方程式の右側に配置されます。 プラス記号（ + ）は個々の反応物質と生成物質を分け、矢印（→）は反応物質側と生成物質側（右と左）を分けます。 反応物質と生成物質の相対的な数は、各式のすぐ左に配置された係数で表されます。 通常、係数 1 は表示しません。 可能な限り最小の整数の係数が化学式で一般的に使用され、比率として解釈されます。 たとえば、メタンと酸素は、二酸化炭素と水を 1:2:1:2 の比率で生成するように反応します。

この比率は、メタン、酸素、二酸化炭素、水の可能な最小係数がそれぞれ 1 、 2 、 1 、 2 であることを示しています。 係数は任意の量（数値）単位に関して解釈することができるため、この式は次のような多くの方法で正しく読むことができます。

… 1 つのメタン分子と 2 つの酸素分子が反応して、 1 つの二酸化炭素分子と 2 つの水分子が生成されます。

II 1 モルのメタン分子と 2 モルの酸素分子が反応して、1 モルの二酸化炭素分子と2 モルの水分子が生成されます。  

化学方程式中の反応物質および生成物の物理的状態は、数式の後に括弧で囲んだ省略形で示されることがあります。 標準的な略語には固体の場合は‘s’、液体の場合は‘l’ 、ガスの場合は‘g’ 、水に溶解した物質の場合は ‘aq’ が含まれます。

方程式のバランス

バランスのとれた方程式では、反応に関与する各元素の原子数は反応物質側と生成物質側で同じであるため、質量保存の法則を満たすことができます。 バランスのとれた方程式は、矢印の両側の原子の数をそれぞれ加算し、これらの合計を比較して等しくなるようにすることで確認できます。 なお、元素の原子数は、その元素を含む式の係数に、その元素の添え字を掛けて算出します。 一つの元素が方程式の片側に複数の式で現れる場合、それぞれの式で表される原子の数を計算し、それを足し合わせる必要があります。

方程式のバランスをとるために、必要に応じて方程式の係数を変更できます。 化学方程式のバランスをとる過程で、整数ではなく分数を中間係数として使うと便利な場合があります。 バランスがとれたら、原子のバランスを崩すことなく、方程式のすべての係数に整数をかけて、小数の係数を整数に変換します。  

例えば、酸素によるエタン（ C₂H₆ ）の反応により、水と二酸化炭素が生成されます。これは、次のアンバランスな方程式で表されます。

アンバランスな式には以下が含まれる  

原子	反応物質	生成物質	バランスは？
C	2.	1.	いいえ
H	6.	2.	いいえ
o	2.	3.	いいえ

炭素原子と水素原子の数のバランスをとるには、 CO₂ に係数 2 を掛け、 H₂O に係数 3 を掛けます。 これにより、生成物質の酸素原子の総数が 7 に変更されます。 酸素原子数のバランスをとるには、酸素に分数の係数 7/2 を掛けます。 反応物質と生成物質の係数を変更することにより、炭素、水素、および酸素原子の初期バランスを取ることで、一時的にバランスのとれた方程式が得られます。  

整数のみの係数を持つ従来の方程式は、各係数に 2 を乗算することで次のような式が得られます。

このテキストは 、 Openstax 、 Chemistry 2e 、 Section 4.1: Writing and Balancing Chemical Equations から引用しています。