Point 解説：化学反応式からわかること

化学反応は言葉で表現するよりも、化学反応式で表現するほうが相手に誤解なく伝わります。そして、化学反応式からより多くの情報も読み取ることが可能です。

今回はそんな化学反応式に関するお話です。


１．物質量（モル）とは？

たとえば、メタンガスの完全燃焼は次の化学反応式で表せます。

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

この化学反応式を和訳すると、

「1つのメタン分子と、2つの酸素分子が化学反応を起こすと、1つの二酸化炭素と、2つの水分子ができる」

といったところでしょう。

ここで注目してほしいのは、化学反応式は分子の個数で考えているという点です。

ところが、実際にメタンガスを完全燃焼させる際、分子の個数ではなく、体積や質量で考えます。だって、1ℓ のメタンガスは扱いやすいけど、1つのメタンガス分子なんて扱えませんからね。

つまり、原子や分子を個数で考える世界と、原子や分子を体積や質量で扱う世界、２つの世界をつなぐ何かが必要となります。

それが物質量（モル）です。
（ちなみに、モルは盛土を意味するラテン語molesが由来です）

物質量は次のように定義されています。

物質 1molとは、¹²C 12g中に含まれる¹²C 原子の数のことであり、その数は6.02×10²³ 個です。

ちょっと分かりづらいと思うので、具体例を出しましょう。

先ほどは、「1つのメタン分子と、2つの酸素分子が化学反応を起こすと、1つの二酸化炭素と、2つの水分子ができる」と言いました。

しかし、正確には「1molのメタン分子と、2molの酸素分子が化学反応を起こすと、1molの二酸化炭素と、2molの水分子ができる」です。

そして、1molの原子または分子の数＝6.02×10²³ 個ですから、

メタンガスの完全燃焼に関わる物質について、その分子の数を求めると次のようになります。

２．物質量（mol）と質量の関係

物質量（mol）と質量の関係については、次のことが言えます。

ある原子 1molの質量は、原子量に g（グラム）をつけたものです。

再び、メタンガスの完全燃焼を例にして、この反応に関わる分子の質量を計算してみましょう。

炭素、水素、酸素の原子量をそれぞれ 12, 1, 16とすると、それぞれの分子の質量は次のようになります。

上の化学反応式から 16g のメタンガスを完全燃焼するためには、64g の酸素が必要なこと、そして燃焼の結果、44g の二酸化炭素と 36g の水が発生することがわかります。


３．物質量（mol）と体積の関係

物質量（mol）と体積の関係については、次のことが言えます。

温度・圧力・体積が同じであれば、そこに含まれる分子の数はどんな気体でも同じです。（アボガドロの法則）

たとえば、標準状態（0℃, 1013hPa）で体積が 22.4 L のとき、どんな気体の分子の数も6.02×10²³ 個になります。
6.02×10²³ 個は 1 mol のことですから、ある気体の分子 1 mol の体積は、標準状態であれば 22.4 L となります。

これを踏まえると、メタンガスの完全燃焼に関わる物質について、その分子の体積は次のようになります。

このように化学反応式から、その反応に関わる分子の数、質量、体積を読み取ることができるのです。