Materiens bevarelse

I reaktioner under normale laboratorieforhold bliver stof hverken skabt eller ødelagt, og grundstoffer bliver ikke omdannet til andre grundstoffer. Derfor skal ligninger, der skildrer reaktioner, være balancerede; det vil sige, at det samme antal atomer af hver slags skal optræde på modsatte sider af ligningen. Den balancerede ligning for jern-svovl-reaktionen viser, at ét jernatom kan reagere med ét svovlatom for at give én formelenhed jernsulfid.

Kemikere arbejder normalt med vejbare mængder af grundstoffer og forbindelser. I jern-svovl-ligningen repræsenterer symbolet Fe f.eks. 55,845 gram jern, S repræsenterer 32,066 gram svovl, og FeS repræsenterer 87,911 gram jernsulfid. Da der ikke skabes eller ødelægges stof i en kemisk reaktion, er den samlede masse af reaktanter det samme som den samlede masse af produkter. Hvis der anvendes en anden mængde jern, f.eks. en tiendedel så meget (5,585 g), kan der kun forbruges en tiendedel så meget svovl (3,207 g), og der dannes kun en tiendedel så meget jernsulfid (8,791 g). Hvis der oprindeligt var 32,066 gram svovl til stede sammen med 5,585 gram jern, ville der være 28,859 gram svovl tilbage, når reaktionen var afsluttet.

Reaktionen af metan (CH4, en vigtig bestanddel af naturgas) med molekylær ilt (O2) for at producere kuldioxid (CO2) og vand kan beskrives ved den kemiske ligning CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) Her dukker et andet træk ved kemiske ligninger op. Tallet 2 foran O2 og H2O er en stoikiometrisk faktor. (Tallet 1 foran CH4 og CO2 er underforstået.) Dette angiver, at et molekyle metan reagerer med to molekyler ilt for at producere et molekyle kuldioxid og to molekyler vand. Ligningen er afbalanceret, fordi der er det samme antal atomer af hvert grundstof på begge sider af ligningen (her et kulstof-, fire hydrogen- og fire oxygenatomer). Analogt med jern-svovl-eksemplet kan vi sige, at 16 gram metan og 64 gram ilt vil give 44 gram kuldioxid og 36 gram vand. Det vil sige, at 80 gram reaktanter vil føre til 80 gram produkter.

Forholdet mellem reaktanter og produkter i en kemisk reaktion kaldes kemisk stoichiometri. Stoiometri afhænger af det faktum, at stof bevares i kemiske processer, og beregninger, der giver masseforhold, er baseret på begrebet mol. Et mol af et grundstof eller en forbindelse indeholder henholdsvis det samme antal atomer eller molekyler som et mol af et andet grundstof eller en anden forbindelse. Ifølge international aftale har et mol af den mest almindelige isotop af kulstof (kulstof-12) en masse på præcis 12 gram (dette kaldes molarmassen) og repræsenterer 6,022140857 × 1023 atomer (Avogadros tal). Et mol jern indeholder 55,847 gram, et mol methan indeholder 16,043 gram, et mol molekylært oxygen svarer til 31,999 gram, og et mol vand er 18,015 gram. Hver af disse masser repræsenterer 6,022140857 × 1023 molekyler.