Encyclopædia Britannica, Inc.Bekijk alle video’s bij dit artikel
In reacties onder normale laboratoriumomstandigheden wordt materie noch gecreëerd noch vernietigd, en elementen worden niet omgezet in andere elementen. Daarom moeten vergelijkingen die reacties weergeven in evenwicht zijn; dat wil zeggen dat aan weerszijden van de vergelijking evenveel atomen van elke soort moeten voorkomen. De evenwichtsvergelijking voor de ijzer-zwavelreactie toont aan dat één ijzeratoom kan reageren met één zwavelatoom om één formule-eenheid ijzersulfide te verkrijgen.
Chemisten werken gewoonlijk met weegbare hoeveelheden van elementen en verbindingen. In de ijzer-zwavelvergelijking bijvoorbeeld staat het symbool Fe voor 55,845 gram ijzer, S voor 32,066 gram zwavel, en FeS voor 87,911 gram ijzersulfide. Omdat bij een chemische reactie geen materie wordt gecreëerd of vernietigd, is de totale massa van de reactanten gelijk aan de totale massa van de producten. Als een andere hoeveelheid ijzer wordt gebruikt, bijvoorbeeld een tiende van de hoeveelheid (5,585 gram), kan slechts een tiende van de hoeveelheid zwavel worden verbruikt (3,207 gram), en wordt slechts een tiende van de hoeveelheid ijzersulfide geproduceerd (8,791 gram). Als 32,066 gram zwavel aanvankelijk aanwezig was met 5,585 gram ijzer, dan zou 28,859 gram zwavel overblijven als de reactie is voltooid.
De reactie van methaan (CH4, een belangrijk bestanddeel van aardgas) met moleculaire zuurstof (O2) om kooldioxide (CO2) en water te produceren kan worden weergegeven door de chemische vergelijking CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) Hier verschijnt een ander kenmerk van chemische vergelijkingen. Het getal 2 dat voorafgaat aan O2 en H2O is een stoichiometrische factor. (Het getal 1 voor CH4 en CO2 is impliciet.) Dit geeft aan dat één molecuul methaan reageert met twee moleculen zuurstof om één molecuul kooldioxide en twee moleculen water te produceren. De vergelijking is in evenwicht omdat aan beide kanten van de vergelijking hetzelfde aantal atomen van elk element voorkomt (hier één koolstof-, vier waterstof- en vier zuurstofatoom). Analoog aan het ijzer-zwavelvoorbeeld kunnen we zeggen dat 16 gram methaan en 64 gram zuurstof 44 gram kooldioxide en 36 gram water zullen opleveren. Dat wil zeggen dat 80 gram reactanten zal leiden tot 80 gram producten.
De verhouding tussen reactanten en producten in een chemische reactie wordt chemische stoichiometrie genoemd. Stoichiometrie is afhankelijk van het feit dat materie behouden blijft in chemische processen, en berekeningen die massaverhoudingen geven zijn gebaseerd op het concept van de mol. Een mol van een element of verbinding bevat hetzelfde aantal atomen of moleculen als een mol van een ander element of verbinding. Volgens internationale afspraken heeft één mol van de meest voorkomende isotoop van koolstof (koolstof-12) een massa van precies 12 gram (dit wordt de molaire massa genoemd) en vertegenwoordigt 6,022140857 × 1023 atomen (Avogadro’s getal). Een mol ijzer bevat 55,847 gram; een mol methaan bevat 16,043 gram; een mol moleculaire zuurstof komt overeen met 31,999 gram; en een mol water is 18,015 gram. Elk van deze massa’s vertegenwoordigt 6,022140857 × 1023 moleculen.