化学式とは

化学式は、化学反応を書面で表す方法です。つまり、化学変化の前後に存在する化学物質を記号で表現したものです。

化学式では、原子は化学記号で表され、他の化学種は等核物質 (O ₂、O ₃、P ₄など)、イオン化合物 (塩化ナトリウム、臭化カリウムなど)、または共有結合などです。 (水、メタン、ベンゼンなど)、および個々のイオンは、場合によっては、それぞれの分子式または実験式で表されます。

化学式では、定比の法則や物質保存の法則など、化学量論を支配するさまざまな法則が実際に観察されます。一定の比率の法則は、さまざまな化学物質の分子式および実験式の形で存在します。

一方、化学式を調整またはバランスをとるために使用される化学量論係数は、化学反応の前にあったすべての原子がその反応の終わりに存在し続けることを求めます。つまり、化学量論係数調整プロセスは、化学反応中に原子が消えたり現れたりするのを防ぐことによって、反応の表現が物質保存の法則に違反しないことを保証します。

化学式の一部

化学方程式は、数学の方程式に似た方法で記述されます。これは、それらが 2 つのメンバーで構成されているという意味で、1 つは左側に、もう 1 つは右側に書かれており、それらは互いに関連する記号によって区切られています。次の図は、一般的な化学反応を表す化学式のさまざまな部分を示しています。それぞれについて以下で説明します。

反応物

化学式では、反応矢印の左側（より正確には、矢印の反対側）に書かれているすべての物質は、反応が起こる前に存在する物質に対応します。これらの物質は、事実上、互いに反応して生成物になる物質であるため、反応物または反応物と呼ばれます。

製品

反応物とは対照的に、反応矢印の右側 (より正式には、矢印が指す側) に書かれているすべての物質は生成物と呼ばれます。化学反応が起きた後に現れる物質だからです。

リアクションアロー

反応矢印は、反応物と生成物の関係を表す記号です。実際、それが指す方向は、どの物質が反応物に対応し、どの物質が生成物に対応するかを定義します。ほとんどの場合、反応矢印は、上の図に示すように、左から右を指す単一の矢印で構成されます。ただし、これらの矢印は任意の方向を指して描くことができるため、化学式は必ずしも直線で表す必要はありません。

上記以外にも、さまざまな種類の化学変化を表すさまざまな種類の矢印があります。

• 場合によっては、1 つの矢印の代わりに、反対方向を指す 2 つの矢印 (⇌、⇋、⇄、または ⇆) があります。この記号は、反応が可逆的であること、または両方向に起こる可能性があることを示します。2 つの矢印 (右または左を指している矢印) の一方が他方よりも長い場合があります。これは、平衡が他方よりも一方にシフトしていることを示します。

次の化学式は、可逆的な酸/塩基反応を表しています。

• それ以外の場合は、頭が 2 つある 1 つの矢印 (⟷) が描かれます。このタイプの反応矢印は、共鳴と呼ばれるプロセスのクラスを示し、有機化学でよく使用されます。

多くの場合、化学反応が発生する特定の条件は、反応矢印の上または下の化学式で表されます。温度、圧力、触媒または溶媒の存在などのデータは、多くの場合、次の式に示すように反応矢印で表されます。

化学量論係数

化学量論係数は、化学反応に関与する反応物の原子または分子の数、および生成物から形成される原子または分子の対応する数を示します。化学量論係数が存在しない場合、それは 1 の価値があると理解されます。数学では、係数を持たない方程式の変数は 1 を掛けると理解されるのと同じです。

化学式の化学量論係数間の関係は、反応に関与するすべての化学種間のモル関係を表します。 同じ化学反応を、化学量論係数の特定のセットが異なるさまざまな化学式で表すことができます。ただし、すべての場合において、すべての係数間の関係は、同じ反応を表すすべての化学式で常に同じになります。

原子の半分または分子の 3 分の 1 について話すことは無意味であるため、化学量論係数はしばしば整数として選択されます。しかし、さまざまな理由から、分数係数を使用することが好ましい場合もあります。

集約状態

化学式には、各化学種についての凝集状態、濃度、またはその他の対象データに関する情報も括弧内に含まれ、それぞれの分子式または実験式の隣に下付き文字として含まれるのが一般的です。

最も一般的な例は次のとおりです。

• (s)は物質が固体であることを示します。
• (l) 物質が液体状態であることを示します。
• (g) 物質が気体状態であることを示します。
• (ac.)はaqueousの略で、物質が水に溶けていることを示します。
• (alc.) は、その物質がアルコールに溶解していることを示します。

化学式の解釈

この記事の冒頭で示したような一般的な化学式は、「A の a 原子/分子/イオン/モルが B の b 原子/分子/イオン/モルと反応して、c 原子/分子/イオン/モルを生成する」と解釈されます。 Cおよびdの原子/分子/イオン/Dのモル」。

次のセクションでは、化学式の特定の例を、その解釈とともに示します。

化学式の例

燃焼反応式

この式は、「2 分子のブタンガス (C ₄ H ₁₀ ) が 13 分子の酸素ガスと反応して、8 分子の二酸化炭素ガスと 10 分子の水を生成する」と書かれています。

沈殿反応式

この式は、「2 モルの水性銀イオンが 1 モルの水性硫化物イオンと反応して、1 モルの固体硫化銀を形成する」と読める沈殿反応を表しています。

結合反応式

これは、酸化チタンを形成する金属チタンの酸化反応です。この式は、「固体チタンの原子 1 個が酸素ガスの分子 1 個と結合して、酸化チタンまたは二酸化チタンの分子 1 個を形成する」と書かれています。

参考文献

Chang、R.、Manzo、Á。R.、ロペス、PS、およびヘランツ、ZR (2020)。化学（第10版^）。ニューヨーク州ニューヨーク市: MCGRAW-HILL。

化学方程式を書き、バランスをとります。（2020年10月30日）。https://espanol.libretexts.org/@go/page/1818から取得

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ラビオロ、アンドレス、レルゾ、ガブリエラ。（2016）。化学量論を教える: 類推と概念的理解の使用. 化学教育、27(3)、195-204。https://doi.org/10.1016/j.eq.2016.04.003から取得