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Dans les réactions se déroulant dans des conditions normales de laboratoire, la matière n’est ni créée ni détruite, et les éléments ne sont pas transformés en d’autres éléments. Par conséquent, les équations décrivant les réactions doivent être équilibrées, c’est-à-dire que le même nombre d’atomes de chaque sorte doit apparaître sur les côtés opposés de l’équation. L’équation équilibrée de la réaction fer-soufre montre qu’un atome de fer peut réagir avec un atome de soufre pour donner une unité de formule de sulfure de fer.
Les chimistes travaillent habituellement avec des quantités pesables d’éléments et de composés. Par exemple, dans l’équation fer-soufre, le symbole Fe représente 55,845 grammes de fer, S représente 32,066 grammes de soufre et FeS représente 87,911 grammes de sulfure de fer. Comme la matière n’est ni créée ni détruite dans une réaction chimique, la masse totale des réactifs est la même que la masse totale des produits. Si une autre quantité de fer est utilisée, disons un dixième (5,585 grammes), seulement un dixième de la quantité de soufre peut être consommée (3,207 grammes), et seulement un dixième de la quantité de sulfure de fer est produite (8,791 grammes). Si 32,066 grammes de soufre étaient initialement présents avec 5,585 grammes de fer, il resterait 28,859 grammes de soufre lorsque la réaction serait terminée.
La réaction du méthane (CH4, un composant majeur du gaz naturel) avec l’oxygène moléculaire (O2) pour produire du dioxyde de carbone (CO2) et de l’eau peut être représentée par l’équation chimique CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) Ici, une autre caractéristique des équations chimiques apparaît. Le chiffre 2 précédant O2 et H2O est un facteur stœchiométrique. (Le chiffre 1 précédant CH4 et CO2 est implicite.) Cela indique qu’une molécule de méthane réagit avec deux molécules d’oxygène pour produire une molécule de dioxyde de carbone et deux molécules d’eau. L’équation est équilibrée car le même nombre d’atomes de chaque élément apparaît des deux côtés de l’équation (ici un atome de carbone, quatre d’hydrogène et quatre d’oxygène). De manière analogue à l’exemple du fer et du soufre, nous pouvons dire que 16 grammes de méthane et 64 grammes d’oxygène produiront 44 grammes de dioxyde de carbone et 36 grammes d’eau. Autrement dit, 80 grammes de réactifs conduiront à 80 grammes de produits.
Le rapport entre les réactifs et les produits dans une réaction chimique est appelé stœchiométrie chimique. La stœchiométrie dépend du fait que la matière est conservée dans les processus chimiques, et les calculs donnant les relations de masse sont basés sur le concept de la mole. Une mole de tout élément ou composé contient le même nombre d’atomes ou de molécules, respectivement, qu’une mole de tout autre élément ou composé. Selon un accord international, une mole de l’isotope le plus courant du carbone (carbone 12) a une masse d’exactement 12 grammes (c’est ce qu’on appelle la masse molaire) et représente 6,022140857 × 1023 atomes (nombre d’Avogadro). Une mole de fer contient 55,847 grammes ; une mole de méthane contient 16,043 grammes ; une mole d’oxygène moléculaire équivaut à 31,999 grammes ; et une mole d’eau représente 18,015 grammes. Chacune de ces masses représente 6,022140857 × 1023 molécules.