化学かがく反応はんのう式しき

化学かがく反応はんのう式しき（かがくはんのうしき、英語えいご: chemical equation）とは、物質ぶっしつの化学かがく反応はんのうを表現ひょうげんする為ための図表ずひょうである。通常つうじょう、化学かがく反応はんのう式しき中ちゅうで物質ぶっしつは化学かがく式しきを用もちいて表あらわされ、物質ぶっしつの間あいだでの化学かがく量りょう論ろん的てきな関係かんけいを表あらわしたり、反応はんのう機構きこうや化学かがく反応はんのう前後ぜんこうでの物質ぶっしつの構造こうぞう変化へんかを表現ひょうげんしたりする。最初さいしょの化学かがく反応はんのう式しきはジャン・ベガンによって表あらわされた^[1]。

概要がいよう[編集へんしゅう]

化学かがく反応はんのうでは反応はんのう前まえの化学かがく物質ぶっしつを反応はんのう物ぶつ (reactant)、反応はんのう後ごの化学かがく物質ぶっしつを生成せいせい物ぶつ (product)といい、矢印やじるし記号きごう（通常つうじょうの順じゅん方向ほうこうの反応はんのうでは「→」）で区切くぎられ、個々ここの物質ぶっしつの化学かがく式しきはプラス記号きごうで区切くぎられる。個々ここの物質ぶっしつの化学かがく式しきには、IUPAC命名めいめい法ほうを使用しようし、電子でんしは $e^{-}$ を用もちいて表あらわす（詳細しょうさいはIUPAC命名めいめい法ほうを参照さんしょう）。

反応はんのう物ぶつ ${\ce {->}}$ 生成せいせい物ぶつ

化学かがく反応はんのう式しきの左辺さへんを原はら系けいまたは反応はんのう系けい、右辺うへんを生成せいせい系けいと呼よぶことがある。生成せいせい物ぶつは右側みぎがわに書かく。

具体ぐたい例れい[編集へんしゅう]

例たとえば反応はんのう物ぶつである

${\ce {HCl}}$ （塩酸えんさん）
${\ce {NaOH}}$ （水酸化すいさんかナトリウム）

が化学かがく反応はんのうして生成せいせい物ぶつである

${\ce {H2O}}$ （水分すいぶん子こ）
${\ce {NaCl}}$ （食塩しょくえん）

ができあがる状況じょうきょうを示しめした化学かがく反応はんのう式しきは

${\ce {HCl + NaOH -> H2O + NaCl}}$

と表記ひょうきされる。

一般いっぱん的てきな記号きごう[編集へんしゅう]

反応はんのう物ぶつと生成せいせい物ぶつを区切くぎる記号きごうは、さまざまなタイプの反応はんのうを区別くべつするために使用しようされる。

「=」- 化学かがく量りょう論ろん的てき関係かんけいを示しめすために使用しようされる

「→」- 正せい順じゅん方向ほうこう反応はんのうを示しめすために使用しようされる
「⇄」 - 両方向りょうほうこうの反応はんのうを示しめすために使用しようされる^[2]
「 ${\ce {<=>}}$ 」 - 化学かがく平衡へいこうを示しめすために使用しようされる^[3]
「←→(両頭りょうとう矢印やじるし)」-共鳴きょうめいを示しめすために使用しようされる

化学かがく平衡へいこうである事ことを強調きょうちょうしたい場合ばあいは、化学かがく反応はんのう式しきの矢印やじるしは「 ${\ce {->}}$ 」ではなく「 ${\ce {<=>}}$ 」にする。例たとえば下したのように表記ひょうきされる：

${\ce {NH3 + H2O <=> NH4^+ + OH^-}}$

反応はんのうによって気体きたいが発生はっせいする場合ばあい、その気体きたいの化学かがく式しきの右側みぎがわに「↑」を示しめし、また析出せきしゅつ（沈殿ちんでん）する物質ぶっしつの化学かがく式しきの右側みぎがわには「↓」を示しめす。反応はんのうにエネルギーが必要ひつような場合ばあいは、矢印やじるしの上うえに示しめす。大文字おおもじのギリシャ文字もじの $\Delta$ （デルタ）^[4]を矢印やじるしの上うえに示しめし、熱ねつエネルギーが反はん応おうに関係かんけいすることを示しめす。また、光ひかりや放射線ほうしゃせんによるエネルギーの関与かんよを示しめすために $h\nu$ ^[5]を使用しようすることがある。

化学かがく式しきに付加ふかする記号きごう[編集へんしゅう]

化学かがく式しきに物理ぶつり的てき状態じょうたいを表あらわす場合ばあい、化学かがく式しきの後のちの括弧かっこ内ないに状態じょうたいを示しめす。

（s） - 固体こたい
（l） - 液体えきたい
（g） - 気体きたい
（aq） - 水溶液すいようえきを示しめす

化学かがく反応はんのう式しきと関連かんれんするものに熱ねつ化学かがく方程式ほうていしきやイオン反応はんのう式しき、半はん反応はんのう式しきなどがある。

化学かがく量りょう論ろん的てき反応はんのう式しき[編集へんしゅう]

量的りょうてき関係かんけいを化学かがく量りょう論ろんに基もとづいて化学かがく反応はんのう式しきで表あらわす場合ばあい、各かく物質ぶっしつは組成そせい式しきで表あらわすのが普通ふつうである。反応はんのう式しき中ちゅうの組成そせい式しきには倍数ばいすう比例ひれいの法則ほうそくと定てい比例ひれいの法則ほうそくに従したがうように係数けいすうが付与ふよされる。係数けいすう（化学かがく量りょう数すうまたは化学かがく量りょう論ろん係数けいすう、stoichiometric number）には既すんで約やくとなる整数せいすうを用もちい（ただし1の場合ばあいは無む表記ひょうき）、後者こうしゃの法則ほうそくより右辺うへんと左辺さへんの各かく原子げんしについて種類しゅるいと総数そうすうはそれぞれ等ひとしくしなければならない。係数けいすうには、IUPAC命名めいめい法ほうで示しめされる数学すうがく定数ていすうや物理ぶつり・化学かがく定数ていすうを用もちいることができる。

例たとえば、炭素たんそ (C) を用もちいて酸化さんか銅どう(II)(CuO) を還元かんげんし、二酸化炭素にさんかたんそ (CO₂) と銅どう (Cu) を生成せいせいする反応はんのうは

{\ce {2CuO + C -> 2Cu + CO2}}

と表あらわされる。

熱ねつ化学かがく方程式ほうていしき[編集へんしゅう]

熱ねつ化学かがく方程式ほうていしき（ねつかがくほうていしき、英語えいご: thermochemical equation）とは、化学かがく反応はんのうにおけるエネルギー収支しゅうしを化学かがく方程式ほうていしきで表記ひょうきしたものである。エネルギー収支しゅうしは右辺うへんに式しき量りょう当あたりの発生はっせい熱量ねつりょうを示しめす。したがって、発熱はつねつ反応はんのうの場合ばあいは正せいの値ね、吸熱反応はんのうの場合ばあいは負まけの値ねで示しめされる。

半はん反応はんのう式しき[編集へんしゅう]

半はん反応はんのう式しきは酸化さんか還元かんげん反応はんのうで使用しようされる化学かがく反応はんのう式しきの形式けいしきである（電子でんし $e^{-}$ を含ふくむ式しき）。

酸化さんか還元かんげん反応はんのうでは酸化さんか反応はんのうと還元かんげん反応はんのうとが共役きょうやくしている。したがって、酸化さんか反応はんのうと還元かんげん反応はんのうとを強調きょうちょうしたい場合ばあいは、それぞれの反応はんのう式しきに分割ぶんかつして示しめすことがある。これを半はん反応はんのう式しきと呼よぶ。その結果けっか、半はん反応はんのう式しきでは電子でんしの当とう量りょうが右辺うへんと左辺さへんとでつりあわない。つりあわない分ぶんが、酸化さんか反応はんのうから還元かんげん反応はんのうに渡わたされる電子でんしの当とう量りょうになっている。

脚注きゃくちゅう[編集へんしゅう]

^ Crosland, M.P. (1959). “The use of diagrams as chemical 'equations' in the lectures of William Cullen and Joseph Black”. Annals of Science 15 (2): 75–90. doi:10.1080/00033795900200088.
^ The notation $\rightleftarrows$ was proposed in 1884 by the Dutch chemist Jacobus Henricus van 't Hoff. See: van 't Hoff, J.H. (1884) (フランス語ふらんすご). Études de Dynamique Chemique [Studies of chemical dynamics]. Amsterdam, Netherlands: Frederik Muller & Co.. pp. 4–5 Van 't Hoff called reactions that didn't proceed to completion "limited reactions". From pp. 4–5: "Or M. Pfaundler a relié ces deux phénomênes … s'accomplit en même temps dans deux sens opposés." (Now Mr. Pfaundler has joined these two phenomena in a single concept by considering the observed limit as the result of two opposing reactions, driving the one in the example cited to the formation of sea salt [i.e., NaCl] and nitric acid, [and] the other to hydrochloric acid and sodium nitrate. This consideration, which experiment validates, justifies the expression "chemical equilibrium", which is used to characterize the final state of limited reactions. I would propose to translate this expression by the following symbol: HCl + NO₃ Na $\rightleftarrows$ NO₃ H + Cl Na. I thus replace, in this case, the = sign in the chemical equation by the sign $\rightleftarrows$ , which in reality doesn't express just equality but shows also the direction of the reaction. This clearly expresses that a chemical action occurs simultaneously in two opposing directions.)
^ The notation ${\ce {<=>}}$ was suggested by Hugh Marshall in 1902. See: Marshall, Hugh (1902). “Suggested Modifications of the Sign of Equality for Use in Chemical Notation”. Proceedings of the Royal Society of Edinburgh 24: 85–87. doi:10.1017/S0370164600007720.
^ The symbol is more properly denoted as a simple triangle (△), which was originally the alchemical symbol for fire.
^ This symbol comes from the Planck equation for the energy of a photon, $E=h\nu$ . It is sometimes mistakenly written with a 'v' ("vee") instead of the Greek letter ' $\nu$ ' ("nu")

外部がいぶリンク[編集へんしゅう]

西川にしかわ友成ともなり「化学かがく反応はんのう式しき(<特集とくしゅう>現代げんだい化学かがくの神話しんわ)」『化学かがく教育きょういく』第だい15巻かん第だい1号ごう、日本にっぽん化か学会がっかい、1967年ねん、18-25頁ぺーじ、doi:10.20665/kagakukyouiku.15.1_18、NAID 110001821160。

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[1] Crosland, M.P. (1959). “The use of diagrams as chemical 'equations' in the lectures of William Cullen and Joseph Black”. Annals of Science 15 (2): 75–90. doi:10.1080/00033795900200088.

[2] The notation $\rightleftarrows$ was proposed in 1884 by the Dutch chemist Jacobus Henricus van 't Hoff. See: van 't Hoff, J.H. (1884) (フランス語ふらんすご). Études de Dynamique Chemique [Studies of chemical dynamics]. Amsterdam, Netherlands: Frederik Muller & Co.. pp. 4–5 Van 't Hoff called reactions that didn't proceed to completion "limited reactions". From pp. 4–5: "Or M. Pfaundler a relié ces deux phénomênes … s'accomplit en même temps dans deux sens opposés." (Now Mr. Pfaundler has joined these two phenomena in a single concept by considering the observed limit as the result of two opposing reactions, driving the one in the example cited to the formation of sea salt [i.e., NaCl] and nitric acid, [and] the other to hydrochloric acid and sodium nitrate. This consideration, which experiment validates, justifies the expression "chemical equilibrium", which is used to characterize the final state of limited reactions. I would propose to translate this expression by the following symbol: HCl + NO₃ Na $\rightleftarrows$ NO₃ H + Cl Na. I thus replace, in this case, the = sign in the chemical equation by the sign $\rightleftarrows$ , which in reality doesn't express just equality but shows also the direction of the reaction. This clearly expresses that a chemical action occurs simultaneously in two opposing directions.)

[3] The notation ${\ce {<=>}}$ was suggested by Hugh Marshall in 1902. See: Marshall, Hugh (1902). “Suggested Modifications of the Sign of Equality for Use in Chemical Notation”. Proceedings of the Royal Society of Edinburgh 24: 85–87. doi:10.1017/S0370164600007720.

[4] The symbol is more properly denoted as a simple triangle (△), which was originally the alchemical symbol for fire.

[5] This symbol comes from the Planck equation for the energy of a photon, $E=h\nu$ . It is sometimes mistakenly written with a 'v' ("vee") instead of the Greek letter ' $\nu$ ' ("nu")

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