Encyclopædia Britannica, Inc.See all videos for this article
W reakcjach zachodzących w normalnych warunkach laboratoryjnych materia nie jest ani tworzona, ani niszczona, a pierwiastki nie przekształcają się w inne pierwiastki. Dlatego też równania przedstawiające reakcje muszą być zrównoważone, to znaczy, że po przeciwnych stronach równania musi pojawić się taka sama liczba atomów każdego rodzaju. Równanie równowagi dla reakcji żelazo-siarka pokazuje, że jeden atom żelaza może reagować z jednym atomem siarki, aby dać jedną jednostkę wzoru siarczku żelaza.
Chemicy zazwyczaj pracują z ważonymi ilościami pierwiastków i związków. Na przykład, w równaniu żelazo-siarka symbol Fe oznacza 55,845 grama żelaza, S oznacza 32,066 grama siarki, a FeS oznacza 87,911 grama siarczku żelaza. Ponieważ w reakcji chemicznej materia nie jest tworzona ani niszczona, całkowita masa reagentów jest taka sama jak całkowita masa produktów. Jeśli użyjemy innej ilości żelaza, np. o jedną dziesiątą mniejszej (5,585 grama), zużyjemy tylko jedną dziesiątą mniejszą ilość siarki (3,207 grama) i powstanie tylko jedna dziesiąta mniejsza ilość siarczku żelaza (8,791 grama). Jeśli początkowo 32,066 gramów siarki było obecne z 5,585 gramami żelaza, to po zakończeniu reakcji pozostałoby 28,859 gramów siarki.
Reakcja metanu (CH4, główny składnik gazu ziemnego) z tlenem cząsteczkowym (O2) w celu wytworzenia dwutlenku węgla (CO2) i wody może być przedstawiona za pomocą równania chemicznego CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) Tutaj pojawia się kolejna cecha równań chemicznych. Liczba 2 poprzedzająca O2 i H2O jest współczynnikiem stechiometrycznym. (Liczba 1 poprzedzająca CH4 i CO2 jest implikowana). Oznacza to, że jedna cząsteczka metanu reaguje z dwiema cząsteczkami tlenu, dając jedną cząsteczkę dwutlenku węgla i dwie cząsteczki wody. Równanie jest zrównoważone, ponieważ po obu stronach równania pojawia się taka sama liczba atomów każdego pierwiastka (tutaj jeden atom węgla, cztery atomy wodoru i cztery atomy tlenu). Analogicznie do przykładu z żelazem i siarką, możemy powiedzieć, że z 16 gramów metanu i 64 gramów tlenu powstanie 44 gramy dwutlenku węgla i 36 gramów wody. Oznacza to, że 80 gramów reagentów doprowadzi do powstania 80 gramów produktów.
Stosunek reagentów i produktów w reakcji chemicznej nazywamy stechiometrią chemiczną. Stechiometria opiera się na fakcie, że materia jest zachowana w procesach chemicznych, a obliczenia podające stosunek mas są oparte na koncepcji mola. Jeden mol dowolnego pierwiastka lub związku zawiera taką samą liczbę atomów lub molekuł, odpowiednio, jak jeden mol dowolnego innego pierwiastka lub związku. Zgodnie z umową międzynarodową, jeden mol najbardziej rozpowszechnionego izotopu węgla (węgiel-12) ma masę dokładnie 12 gramów (jest to tzw. masa molowa) i reprezentuje 6,022140857 × 1023 atomy (liczba Avogadro). Jeden mol żelaza zawiera 55,847 grama; jeden mol metanu zawiera 16,043 grama; jeden mol tlenu cząsteczkowego jest równoważny 31,999 grama; a jeden mol wody ma masę 18,015 grama. Każda z tych mas reprezentuje 6,022140857 × 1023 molekuł.