化学反応では、原子が生まれることも消えることもありません——ただ組みかわるだけです。だからこそ化学反応式は つり合って いなければなりません。入った原子と同じ原子が出てこなければならないのです。式をつり合わせるのは最初は手ごわく見えますが、はっきりした、繰り返せる手順があります。そのやり方をそのままお伝えします。
どうやっても式のつり合わせがうまくいきませんか。
面談では、考え方がどこでつまずいているのかを正確に突き止めます。売り込みも、契約の義務もありません。
なぜ式をつり合わせるのか
どんな化学反応でも 物質が生まれることも消えることもありません。ですから、それぞれの元素の原子の総数は式の 両辺で同じ でなければなりません。つり合わせるとは、帳尻をこの法則に合わせることにほかなりません。
つり合っていない 式は、何が反応して何ができるかは教えてくれますが、正しい量は教えてくれません。つり合った 式は正しい比を教えてくれます——たとえば、水素分子 2 個が酸素分子 1 個と反応する、というように。化学はこうした比にあふれていて、つり合わせはその比を見つける方法なのです。
係数と下の数字——いちばん大切な決まり
式をつり合わせるには、化学式の 前 にある大きな数字（係数）を変えます。化学式の けっして 中 にある小さな数字（下の数字）を変えてはいけません。それを変えると、物質そのものが変わってしまいます。
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2 H₂Oは水分子 2 個——H 原子 4 個と O 原子 2 個——を表します。- • 前の 2 は 係数 です——変えてよい数字です。
- • 小さい 2（
H₂）は 下の数字 です——変えてはいけません。- • 係数は、そのあとの化学式の すべて の原子にかかります。
酸素をつり合わせるためにH₂OをH₂O₂に変えるのはまちがいです——それでは水が過酸化水素、まったく別の物質になってしまいます。数字は化学式の 前 にだけ置きます。
順を追ったやり方
- 1. つり合っていない式を書き、両辺でそれぞれの元素の原子を数える。
- 2. 係数を調整して、元素を一つずつつり合わせる（H と O は最後まで残す）。
- 3. 変えるたびに数え直す——一つの元素を直すと、別の元素が崩れることがよくある。
- 4. すべての元素が合っているか確かめ、係数がもっとも小さい整数になっているようにする。
- 左：H 2、O 2。右：H 2、O 1。水素はよいが、酸素は合わない（2 対 1）。
- H₂O の前に 2 を置く：
H₂ + O₂ → 2 H₂O。これで酸素は 2 = 2。 - 右辺は今 H が
2 × 2 = 4個、左辺は 2 個しかない。 - H₂ の前に 2 を置く：
2 H₂ + O₂ → 2 H₂O。これで H は 4 = 4、O は 2 = 2。 - 両辺とも H 4、O 2。つり合いました！
2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
- 左：C 1、H 4、O 2。右：C 1、H 2、O 3。炭素はよいが、H と O は合わない。
- 左は H 4、右は H 2。H₂O の前に 2 を置く：
CH₄ + O₂ → CO₂ + 2 H₂O。これで H は 4 = 4。 - 右は今 O が
2 (from CO₂) + 2 (from 2 H₂O) = 4個。左は 2 個しかない。 - O₂ の前に 2 を置く：
CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O。これで O は 4 = 4。 - 両辺とも C 1、H 4、O 4。つり合いました！
CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O
水素と酸素は最後に残しましょう。たくさんの化合物に同時に現れるので、ほかの元素がつり合えば自然と収まることが多いのです。「めずらしい」元素を先につり合わせると、行ったり来たりがずっと減ります。
やっかいな式のための手がかり
- • 多原子イオンはひとまとまりとして扱う。 SO₄ のような基が両辺で変わらずに現れるなら、元素ごとではなく一つのかたまりとしてつり合わせます。
- • 分数が出たら、全部を2倍する。 係数 1½ は、すべての係数に 2 をかければ整数になります。
- • 単体は最後につり合わせる。 O₂ や Na のような単体は、ほかを乱さずに最後で調整しやすいのです。
- 左：Na 1、Cl 2。右：Na 1、Cl 1。塩素が合わない（2 対 1）。
- NaCl の前に 2 を置く：
Na + Cl₂ → 2 NaCl。これで Cl は 2 = 2。 - 右は今 Na 2、左は 1。Na の前に 2 を置く：
2 Na + Cl₂ → 2 NaCl。 - 両辺とも Na 2、Cl 2。つり合いました！
2 Na + Cl₂ → 2 NaCl
早見表
| すること | してはいけないこと |
|---|---|
| 係数（前の数字）を変える | 下の数字（化学式の中の数字）を変える |
| 元素を一つずつつり合わせる | いちどに全部つり合わせようとする |
| 変えるたびに数え直す | 先にやった元素はつり合ったままだと思いこむ |
| もっとも小さい整数に直す | 答えに分数を残す |
- 原子は保存される——入った原子と同じ原子が出てこなければならない（質量保存の法則）。
- つり合わせるのは係数を変えること。下の数字はけっして変えない。
- 係数は、そのあとの化学式のすべての原子にかかる。
- 元素は一つずつ。H と O は最後まで残す。
- 変えるたびに数え直す。
- 最後の係数はもっとも小さい整数に直す。
つり合わせなさい：N₂ + H₂ → NH₃
ヒント：まず窒素、つぎに水素——2 と 3 が必要になるでしょう。
つり合わせなさい：Mg + O₂ → MgO
ヒント：酸素が問題です。MgO の前に 2、Mg の前に 2 で収まります。
つり合わせなさい：C₃H₈ + O₂ → CO₂ + H₂O（プロパンが燃える）
ヒント：C、つぎに H、酸素は最後に。
つり合わせなさい：Fe + O₂ → Fe₂O₃
ヒント：酸素が分数になったら、全部を2倍してみましょう。
つり合わせのとき、H₂O を H₂O₂ に変えることがけっして許されないのはなぜですか。
ヒント：その物質が何になってしまうかを考えましょう。
次は：反応の種類と物質量の比
式をつり合わせられるようになると、係数が次の大きな考えへの入口になります——物質量の比です。これを使えば、反応でどれだけの生成物ができるかを正確に計算できます。つり合わせがまだ当てもののように感じられるなら、まず面談から始めてください。頼りにできる手順に変えていきます。