第4章化学反応の量的関係

Additional Information in Chemical Equations化学反応式に記す追加情報

The physical states of reactants and products in chemical equations very often are indicated with a parenthetical abbreviation following the formulas. Common abbreviations include s for solids, l for liquids, g for gases, and aq for substances dissolved in water (aqueous solutions, as introduced in the preceding chapter). These notations are illustrated in the example equation here:

英語のヒント

反応物と生成物の物理的状態は、化学式の後に括弧で囲んだ略号を付けて示すことが非常に多くある。一般的には、固体はs、液体はl、気体はg、水に溶けた物質はaq（前の章で紹介した水溶液）である。次の反応式で、これらの表記を示す。

2 Na (s) + 2 H_{2} O (l) ⟶ 2 NaOH (a q) + H_{2} (g)

This equation represents the reaction that takes place when sodium metal is placed in water. The solid sodium reacts with liquid water to produce molecular hydrogen gas and the ionic compound sodium hydroxide (a solid in pure form, but readily dissolved in water).

この式は、金属ナトリウムを水に入れたときの反応を表す。固体ナトリウムが液体の水と反応し、水素分子の気体と、イオン化合物である水酸化ナトリウムを生じる。水酸化ナトリウムは純物質では固体であるが、水には容易に溶ける。

Special conditions necessary for a reaction are sometimes designated by writing a word or symbol above or below the equation’s arrow. For example, a reaction carried out by heating may be indicated by the uppercase Greek letter delta (Δ) over the arrow.

反応に必要な特別な条件は、矢印の上や下に語や記号を記して示す場合がある。たとえば、加熱して行う反応では、矢印の上にギリシャ文字の大文字デルタ（Δ）を置くことがある。

{CaCO}_{3} (s) \overset{Δ}{⟶} CaO (s) + {CO}_{2} (g)

Other examples of these special conditions will be encountered in more depth in later chapters.

こうした特別な条件のほかの例は、後の章でさらに詳しく扱う。

Equations for Ionic Reactionsイオンが関わる反応の式

Given the abundance of water on earth, it stands to reason that a great many chemical reactions take place in aqueous media. When ions are involved in these reactions, the chemical equations may be written with various levels of detail appropriate to their intended use. To illustrate this, consider a reaction between ionic compounds taking place in an aqueous solution. When aqueous solutions of CaCl₂ and AgNO₃ are mixed, a reaction takes place producing aqueous Ca(NO₃)₂ and solid AgCl:

英語のヒント

地球には水が豊富にあるので、非常に多くの化学反応が水を媒体として起こるのは当然である。こうした反応にイオンが関わる場合、反応式は目的に応じて、詳しさの異なる形で書ける。例として、水溶液中のイオン化合物どうしの反応を考えよう。CaCl₂水溶液とAgNO₃水溶液を混ぜると、反応が起こってCa(NO₃)₂水溶液と固体AgClを生じる。

{CaCl}_{2} (a q) + 2 {AgNO}_{3} (a q) ⟶ Ca ({NO}_{3})_{2} (a q) + 2 AgCl (s)

This balanced equation, derived in the usual fashion, is called a molecular equation because it doesn’t explicitly represent the ionic species that are present in solution. When ionic compounds dissolve in water, they may dissociate into their constituent ions, which are subsequently dispersed homogenously throughout the resulting solution (a thorough discussion of this important process is provided in the chapter on solutions). Ionic compounds dissolved in water are, therefore, more realistically represented as dissociated ions, in this case:

英語のヒント

通常の方法で係数を合わせたこの式は、溶液中のイオン種を明示しないため、分子反応式と呼ばれる。イオン化合物は水に溶けると構成イオンに解離し、そのイオンが溶液全体に均一に分散する場合がある（この重要な過程は、溶液の章で詳しく扱う）。したがって、水に溶けたイオン化合物は、解離したイオンとして示す方が実態に合っている。この場合は次のようになる。

\begin{array}{l} {CaCl}_{2} (a q) ⟶ {Ca}^{2+} (a q) + 2 {Cl}^{−} (a q) \\ 2 {AgNO}_{3} (a q) ⟶ 2 {Ag}^{+} (a q) + 2 {NO}_{3}^{−} (a q) \\ Ca ({NO}_{3})_{2} (a q) ⟶ {Ca}^{2+} (a q) + 2 {NO}_{3}^{−} (a q) \end{array}

Unlike these three ionic compounds, AgCl does not dissolve in water to a significant extent, as signified by its physical state notation, s.

これら三つのイオン化合物とは異なり、AgClは水にほとんど溶けない。それは固体を示すsという状態表記にも表れている。

Explicitly representing all dissolved ions results in a complete ionic equation. In this particular case, the formulas for the dissolved ionic compounds are replaced by formulas for their dissociated ions:

溶けているすべてのイオンを明示した式を、完全イオン反応式と呼ぶ。この場合は、溶解したイオン化合物の化学式を、解離したイオンの式に置き換える。

{Ca}^{2+} (a q) + 2 {Cl}^{−} (a q) + 2 {Ag}^{+} (a q) + 2 {NO}_{3}^{−} (a q) ⟶ {Ca}^{2+} (a q) + 2 {NO}_{3}^{−} (a q) + 2 AgCl (s)

Examining this equation shows that two chemical species are present in identical form on both sides of the arrow, Ca²⁺(aq) and

{NO}_{3}^{−} (a q) .

These spectator ions—ions whose presence is required to maintain charge neutrality—are neither chemically nor physically changed by the process, and so they may be eliminated from the equation to yield a more succinct representation called a net ionic equation:

英語のヒント

この式を見ると、Ca²⁺(aq)と

{NO}_{3}^{−} (a q) .

という二つの化学種が、矢印の両側に同じ形で現れている。これらは傍観イオン、つまり電気的中性を保つために必要なイオンで、この過程で化学的にも物理的にも変化しない。そのため式から除き、正味のイオン反応式という、より簡潔な表現にできる。

\begin{matrix} {Ca}^{2+} (a q) + 2 {Cl}^{−} (a q) + 2 {Ag}^{+} (a q) + 2 {NO}_{3}^{−} (a q) ⟶ {Ca}^{2+} (a q) + 2 {NO}_{3}^{−} (a q) + 2 AgCl (s) \\ 2 {Cl}^{−} (a q) + 2 {Ag}^{+} (a q) ⟶ 2 AgCl (s) \end{matrix}

Following the convention of using the smallest possible integers as coefficients, this equation is then written:

係数に可能な最小の整数を使う慣例に従い、さらに次のように書く。

{Cl}^{−} (a q) + {Ag}^{+} (a q) ⟶ AgCl (s)

This net ionic equation indicates that solid silver chloride may be produced from dissolved chloride and silver(I) ions, regardless of the source of these ions. These molecular and complete ionic equations provide additional information, namely, the ionic compounds used as sources of Cl⁻ and Ag⁺.

英語のヒント

この正味のイオン反応式は、イオンの供給源にかかわらず、水に溶けた塩化物イオンと銀(I)イオンから固体の塩化銀をつくれることを示す。分子反応式や完全イオン反応式には、Cl⁻とAg⁺の供給源として使ったイオン化合物という追加情報も含まれる。

Example 4.2例題 4.2

Ionic and Molecular Equationsイオン反応式と分子反応式

When carbon dioxide is dissolved in an aqueous solution of sodium hydroxide, the mixture reacts to yield aqueous sodium carbonate and liquid water. Write balanced molecular, complete ionic, and net ionic equations for this process.

水酸化ナトリウム水溶液に二酸化炭素を溶かすと、反応して炭酸ナトリウム水溶液と液体の水が生じる。この過程について、係数を合わせた分子反応式、完全イオン反応式、正味のイオン反応式を書きなさい。

Solution解答

Begin by identifying formulas for the reactants and products and arranging them properly in chemical equation form:

まず反応物と生成物の化学式を特定し、適切に配置して化学反応式を書く。

{CO}_{2} (a q) + NaOH (a q) ⟶ {Na}_{2} {CO}_{3} (a q) + H_{2} O (l) (unbalanced)

{CO}_{2} (a q) + NaOH (a q) ⟶ {Na}_{2} {CO}_{3} (a q) + H_{2} O (l) （つり合っていない）

Balance is achieved easily in this case by changing the coefficient for NaOH to 2, resulting in the molecular equation for this reaction:

この場合はNaOHの係数を2に変えるだけで簡単につり合い、次の分子反応式が得られる。

{CO}_{2} (a q) + 2 NaOH (a q) ⟶ {Na}_{2} {CO}_{3} (a q) + H_{2} O (l)

The two dissolved ionic compounds, NaOH and Na₂CO₃, can be represented as dissociated ions to yield the complete ionic equation:

水に溶けた二つのイオン化合物NaOHとNa₂CO₃を、解離したイオンで表すと、完全イオン反応式が得られる。

{CO}_{2} (a q) + 2 {Na}^{+} (a q) + 2 {OH}^{−} (a q) ⟶ 2 {Na}^{+} (a q) + {CO}_{3}^{2−} (a q) + H_{2} O (l)

Finally, identify the spectator ion(s), in this case Na⁺(aq), and remove it from each side of the equation to generate the net ionic equation:

最後に傍観イオン、この場合はNa⁺(aq)を特定し、両辺から除くと、正味のイオン反応式になる。

\begin{matrix} {CO}_{2} (a q) + 2 {Na}^{+} (a q) + 2 {OH}^{−} (a q) ⟶ 2 {Na}^{+} (a q) + {CO}_{3}^{2−} (a q) + H_{2} O (l) \\ {CO}_{2} (a q) + 2 {OH}^{−} (a q) ⟶ {CO}_{3}^{2−} (a q) + H_{2} O (l) \end{matrix}

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Diatomic chlorine and sodium hydroxide (lye) are commodity chemicals produced in large quantities, along with diatomic hydrogen, via the electrolysis of brine, according to the following unbalanced equation:

英語のヒント

二原子分子の塩素と水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）は、塩水の電気分解で二原子分子の水素とともに大量生産される汎用化学品である。未調整の反応式は次のとおりである。

\begin{matrix} NaCl (a q) + H_{2} O (l) \overset{electricity}{\to} NaOH (a q) + H_{2} (g) + {Cl}_{2} (g) \end{matrix}

\begin{matrix} NaCl (a q) + H_{2} O (l) \overset{電気}{\to} NaOH (a q) + H_{2} (g) + {Cl}_{2} (g) \end{matrix}

Write balanced molecular, complete ionic, and net ionic equations for this process.

この過程について、係数を合わせた分子反応式、完全イオン反応式、正味のイオン反応式を書きなさい。