Introduction Chemistry–Lecture&Lab

前の章では、個々の原子を表すための元素記号の使用を紹介しました。, 原子がイオンを得るために電子を得るか、または失うか、または分子を形作るために他の原子と結合するとき記号はこれらの種を適切に表す化学式を 化学的（または物理的）変化を受ける物質のアイデンティティと相対量の両方を表すためにこの象徴を拡張するには、化学式を書き、バランスをとることが含まれます。 例として、一つのメタン分子（CH4）と二つの二原子酸素分子（O2）との間の反応を考えて、一つの二酸化炭素分子（CO2）と二つの水分子（H2O）を生成する。, このプロセスを表す化学式は図1の上半分に示され、図の下半分に空間充填分子モデルが示されています。

この例では、任意の化学式の基本的な側面を示しています。

1. 反応を受ける物質は反応物と呼ばれ、その式は式の左側に配置されます。
2. 反応によって生成された物質は生成物と呼ばれ、それらの式は式の正しい視界に置かれます。li>
3. プラス記号（+）は、個々の反応物と生成物の式を分離し、矢印（\rightarrow）は、方程式の反応物と生成物（左と右）の側面を分離します。,
4. 反応物および生成物種の相対数は、係数（各式のすぐ左に配置された数字）によって表されます。
5. 反応物および生成物種の相対数 通常、係数1は省略されます。

この例で行われているように、化学式で可能な限り最小の整数係数を使用するのが一般的な方法です。 しかし、これらの係数は反応物および生成物の相対数を表しており、したがって、それらは比として正しく解釈され得ることを認識してください。 メタンおよび酸素は1:2:1:2の比率の二酸化炭素そして水をもたらすために反応します。, この比は、これらの分子の数がそれぞれ1-2-1-2、または2-4-2-4、または3-6-3-6などであれば満たされる（図2）。 同様に、これらの係数は任意の量（数）単位に関して解釈することができるので、この式は多くの方法で正しく読み取ることができます。

• 一つのメタン分子と二つの酸素分子が反応して一つの二酸化炭素分子と二つの水分子を生成する。
• 一ダースのメタン分子と二ダースの酸素分子は、一ダースの二酸化炭素分子と二ダースの水分子をもたらすために反応します。,
• メタン分子の一モルと酸素分子の2モルが反応して、二酸化炭素分子の1モルと水分子の2モルが生成される。

バランスのとれた方程式

バランスのとれた化学は、反応に関与する各要素の原子の等しい数を持っている反応物と生成物の側に表され, これは、方程式が物質の保存の法則と一致するために満たさなければならない要件です。 それは、矢印の両側の原子の数を単に合計し、これらの合計を比較してそれらが等しいことを確認することによって確認することができる。 与えられた要素の原子の数は、その要素を含む任意の式の係数に式の要素の添字を掛けることによって計算されることに注意してください。 要素が方程式の与えられた側に複数の式に現れる場合、それぞれで表される原子の数を計算してから一緒に加算する必要があります。, 例えば、例の反応における生成物種であるCO2とH2Oの両方には酸素元素が含まれているため、式の生成物側の酸素原子数は

メタンと酸素と二酸化炭素と水との反応の式は、このアプローチに従ってバランスが取れていることが確認されている。

{\text{CH}}_{4}+2{\text{O}}_{2}\rightarrow{\text{CO}}_{2}+2{\text{H}}_{2}\text{O}

要素	反応物質	製品	バランス？,
C	1 × 1 = 1	1 × 1 = 1	1 = 1, yes
H	4 × 1 = 4	2 × 2 = 4	4 = 4, yes
O	2 × 2 = 4	(1 × 2) + (2 × 1) = 4	4 = 4, yes

A balanced chemical equation often may be derived from a qualitative description of some chemical reaction by a fairly simple approach known as balancing by inspection., 例として、水素と酸素の分子を生成するための水の分解を考えてみましょう。 このプロセスは、不平衡化学方程式によって定性的に表される：

{\text{H}}_{2}\text{O}\rightarrow{\text{H}}_{2}+{\text{O}}_{2}\text{(unbalanced)}

この方程式の両側のH原子とO原子の数を比較すると、その不均衡が確認されます。

要素	反応物	生成物	バランス,
H	1×2=2	1×2=2	2=2、はい
O	1×1=1	1×2=2	1≤2,no

方程式の反応物と生成物の側のh原子の数は等しいですが、o原子の数は等しくありません。 バランスを達成するために、方程式の係数は必要に応じて変更され得る。, もちろん、式の添字は物質の同一性を部分的に定義しているので、これらは方程式の定性的な意味を変えることなく変更することはできません。 例えば、反応式をH2OからH2O2に変更すると、原子数のバランスが得られますが、そうすることで反応物のアイデンティティも変わります（現在は水ではなく過酸化水素です）。 O原子バランスは、H2Oの係数を2に変更することによって達成することができる。,

\mathbf{2}\text{H}_{2}\text{O}\rightarrow{\text{H}}_{2}+{\text{O}}_{2}\text{(unbalanced)}

td>

Element	Reactants	Products	Balanced?,
H	2×2=4	1×2=2	4÷2、いいえ
O		2×1=2	1×2=2	1×2=2		2=2,yes

h原子のバランスはこの変更によって混乱しましたが、h2積の係数を2に変更することで簡単に再確立できます。,

2{\text{H}}_{2}\text{O}\rightarrow\mathbf{2}{\text{H}}_{2}+{\text{O}}_{2}\text{(balanced)}

Element	Reactants	Products	Balanced?,r>	H	2×2=4	2×2=2	4=4、はい
O		2×1=2	1×2=2	2=2、はい

これらの係数は、反応物および生成物側にhおよびo原子の両方の等しい数をもたらし、バランスのとれた方程式は、したがって、次のようになります。

2{\text{h}}_{2}\text{o}\rightarrow2{\text{h}}_{2}+{\text{o}}_{2}

整数の代わりに分数を使用すると便利な場合があります化学式のバランスをとる過程における中間係数として。, バランスが達成されると、すべての方程式の係数に整数を掛けて、原子バランスを動揺させることなく小数係数を整数に変換することができます。, \displaystyle\frac{7}{2}は、代わりに暫定平衡方程式を得るために使用されます：

{\text{C}}_{2}{\text{H}}_{6}+\frac{7}{2}{\text{O}}_{2}\rightarrow3{\text{H}}_{2}\text{O}+2{\text{CO}}_{2}

整数のみの係数を持つ従来の平衡方程式は、各係数に2を掛けることによって導出されます。

2{\text{c}}_{2}{\text{h}}_{6}+7{\text{O}}_{2}\rightarrow6{\text{H}}_{2}\text{O}+4{\text{CO}}_{2}

最後に、均衡のとれた方程式に関しては、規則が最小の整数係数の使用を指示することを思い出してください。, アンモニアを生成するための分子窒素と分子水素との反応の式は、実際にはバランスが取れていますが、

3{\text{N}}_{2}+9{\text{H}}_{2}\rightarrow6{\text{NH}}_{3}

係数は、反応物および生成物分子の相対数を表す可能な最小の整数ではありません。, 各係数を最大公約係数3で除算すると、好ましい式が得られます。

{\text{N}}{\text{N}}{\text{N}}{\text{N}}}{\text{N}}}}}}_{2}+3{\text{H}}_{2}\rightarrow2{\text{NH}}_{3}

化学方程式中の追加情報

化学方程式中の反応物および生成物の物理状態は、式の後に括弧で囲まれた略語で示され 一般的な略語には、固体の場合はs、液体の場合はl、気体の場合はg、水に溶解した物質（前章で紹介した水溶液）の場合はaqが含まれます。, これらの表記は、ここで例の式に示されている：

2\text{Na（}s\text{）}+2{\text{H}}_{2}\text{O（}l\text{）}\rightarrow2\text{NaOH（}aq\text{）}+{\text{H}}_{2}\text{（}g\text{）}

この式は、ナトリウムの金属が水に置かれると起こります。 固体ナトリウムは液体水と分子水素ガスおよびイオンの混合物の水酸化ナトリウム（純粋な形態の固体、しかし水で容易に分解する）を作り出すため,

反応に必要な特別な条件は、方程式の矢印の上または下に単語または記号を書くことによって指定されることがあります。 例えば、加熱によって行われる反応は、矢印の上に大文字のギリシャ文字のδ（Δ）で示されてもよい。

{\text{CaCO}}_{3}\text{(}s\text{)}\stackrel{\Delta}{\rightarrow}\text{CaO(}s\text{)}+{\text{CO}}_{2}\text{(}g\text{)}

これらの特別な条件の他の例は、後の章でより詳細に遭遇するでしょう。,

イオン反応の方程式

地球上に豊富な水があることを考えると、水性媒体中で非常に多くの化学反応が起こるという理由があります。 イオンがこれらの反応に関与している場合、化学方程式は、それらの意図された用途に適した様々なレベルの詳細で書かれてもよい。 これを説明するために、aqueous液中で起こるイオン化合物間の反応を考えてみましょう。, CaCl2とAgNO3の水溶液を混合すると、ca(NO3)2水溶液と固体AgClを生成する反応が起こる。

通常の方法で導出されるこの平衡式は、溶液中に存在するイオン種を明示的に表さないため、分子式と呼ばれる。 イオン性化合物が水に溶解すると、それらはその構成イオンに解離し、その後、結果として得られる溶液中に均一に分散する（この重要なプロセスについての徹底的な議論は、溶液に関する章に記載されている）。, したがって、水に溶解したイオン性化合物は、この場合、解離したイオンとしてより現実的に表される。

これらの三つのイオン性化合物とは異なり、AgClはその物理的状態表記sによって示されるように、かなりの程度まで水に溶解しない。

すべての溶解イオンを明示的に表すと、完全なイオン方程式が得られる。, この式を調べると、矢印の両側にCa2+(aq)と{\text{NO}という二つの化学種が同一の形で存在することがわかります}}_{3}{}^{-}\テキスト{(}aq\テキスト{)}。, 化学的にも物理的にもプロセスによって変更されないので、方程式から排除して、ネットイオン方程式と呼ばれるより簡潔な表現を得ることができます。

係数として可能な限り最小の整数を使用する規則に従って、この方程式は次のように書かれます。

{\text{Cl}}^{\text{-}}\text{(}aq\text{)}+{\text{Ag}}^{+}\text{(}aq\text{)}\rightarrow\text{AgCl(}s\text{)}pこの正味のイオン式は、固体塩化銀が、これらのイオンの供給源にかかわらず、溶解した塩化物および銀（ｉ）イオンから生成され得ることを示している。, これらの分子および完全なイオン方程式は、追加の情報、すなわち、Cl–およびAg+の供給源として使用されるイオン化合物を提供する。

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