化学反応式の係数調整

係数調整とは何を意味するのか

化学反応式とは、原子が保存されるということを述べた式である。何も新しく生まれず、何も消えないので、左辺に入ったものはすべて — 組み替えられてはいても — 右辺から出てこなければならない。係数調整とは、その事実を式に正直に語らせるための帳簿合わせである。

変えてよいのは係数、つまり各化学式の前に書く数字だけである。係数はその後ろのすべてに掛かるので、2H2Oは水素原子4個と酸素原子2個を意味する。添字は物質の同一性の一部であり、固定されている。

目算による係数調整とその限界

単純な反応式であれば目算でも調整できる。登場箇所が最も少ない元素から先に合わせ、酸素と水素はどこにでも出てくるので最後に回し、最後に分数が出たら全体を整数倍して消す。燃焼反応式は定番の練習問題であり — 炭素、水素の順に合わせ、酸素を最後に合わせ、酸素の係数が半分になったら全体を2倍にする。

登場する物質の数が多くなったり、同じ元素が同じ側の複数の化合物に出てきたりすると、目算はもはや実用的ではなくなる。ここで使われている代数的な方法はそれを気にしない — 各元素が1本の方程式になり、そのすべてが一度に解かれる。

原子数の確認表の読み方

答えの下にある表は、その証明であり、少なくとも一度は自分の手で確かめる価値がある。各元素について、その添字にその物質の係数を掛け、各辺で合計する。行の数値が一致しなければ、その反応式はまだ調整できていない — 自分の宿題を確認しているのであれば、一致しない行が間違えた元素を示している。

次のステップ

調整済みの反応式は、ほぼすべての定量的な化学の問題の出発点になる。それが手に入ったら、化学量論計算機を使って限定試薬と理論収量を求めたり、モル質量計算機を使って各物質のグラムとモルを変換したりできる。