化学量論

化学量論（/ ˌ s t ɔɪ k i ˈ ɒ m ɪ t r i / ）は、化学反応の前、最中、および後の反応物と生成物の重量の関係です。

化学量論は、反応物の総質量が生成物の総質量に等しいという質量保存の法則に基づいており、反応物と生成物の量の関係は、通常、正の整数の比率を形成するという洞察につながります。つまり、個々の反応物の量がわかっていれば、生成物の量を計算できます。逆に、1 つの反応物の量がわかっていて、生成物の量を経験的に決定できる場合は、他の反応物の量も計算できます。

これは次の画像で示されており、バランスの取れた方程式は次のようになります。

CH ₄ + 2 O ₂ → CO ₂ + 2H ₂ O

ここでは、メタン分子1 個が酸素ガス分子 2 個と反応して、二酸化炭素分子 1 個と水分子 2 個が生成されます。この特定の化学式は完全燃焼の例です。化学量論はこれらの量的関係を測定し、特定の反応で生成されるか必要な生成物と反応物の量を決定するために使用されます。化学反応に参加する物質間の量的関係を記述することを反応化学量論と呼びます。上記の例では、反応化学量論は、反応して二酸化炭素と水を形成するメタンと酸素の量の関係を測定します。

モル数と原子量の関係はよく知られているため、化学量論によって得られる比率は、平衡方程式で記述される反応における重量による量を決定するために使用できます。これを組成化学量論と呼びます。

ガス化学量論は、ガスが関与する反応を扱います。ガスは既知の温度、圧力、体積にあり、理想気体であると想定できます。ガスの場合、理想気体の法則により、体積比は理想的に同じですが、単一反応の質量比は、反応物と生成物の分子量から計算する必要があります。実際には、同位体が存在するため、質量比の計算には モル質量が使用されます。

化学量論という用語は、1792年にジェレミアス・ベンジャミン・リヒターが『化学量論の基礎、あるいは化学元素の測定技術』第1巻を出版した際に初めて使用されました。 ^{[1]この用語は、}古代ギリシャ語のστοιχεῖον stoikheîon「元素」^[2]とμέτρον métron 「測定」に由来しています。L. ダルムシュテッターとラルフ・E・オスパーは、これに関する有用な説明を書いています。^[3]

試薬の化学量論量[ ^4]または化学量論比は、反応が完了するまで進行すると仮定した場合の最適な量または比率です。

1. 試薬がすべて消費される
2. 試薬の不足はありません
3. 試薬が過剰に添加されていません。

化学量論は、それをよりよく理解するのに役立つ非常に基本的な法則、すなわち質量保存の法則、定比例の法則（すなわち定組成の法則）、倍数比例の法則、および逆比例の法則に基づいています。一般に、化学反応は化学物質を一定の比率で結合します。化学反応は物質を生成または破壊することはできず、またある元素を別の元素に変換することもできないため、各元素の量は全体の反応を通じて同じでなければなりません。たとえば、反応物側の特定の元素Xの原子の数は、それらの原子のすべてが実際に反応に関与しているかどうかに関係なく、生成物側のその元素の原子の数と等しくなければなりません。^[5]

化学反応は、マクロ的な単位操作として、単一の分子が別の分子と反応する非常に多数の素反応から成ります。反応する分子（または部分）は整数比の特定の原子セットから成り立っているため、完全な反応における反応物間の比率も整数比です。反応では1つ以上の分子が消費される場合があり、化学量論数はこの数を数え、生成物（追加）の場合は正、反応物（除去）の場合は負として定義されます。^{[6]符号なし係数は一般に}化学量論係数と呼ばれます。^[7]

各元素には原子量があり、分子を原子の集合体とみなすと、化合物は明確な分子量を持ち、これをダルトンで表すとg / mol単位のモル質量と数値的に等しくなります。定義により、炭素12の原子量は12  Daで、モル質量は12 g/molとなります。物質中の1モルあたりの分子数はアボガドロ定数で与えられ、正確には次のようになります。6.022 140 76 × 10 ²³  mol ⁻¹ 2019年のSI改訂以降。したがって、質量による化学量論を計算するには、各反応物に必要な分子の数をモルで表し、それぞれのモル質量を掛けて、反応1モルあたりの各反応物の質量を求めます。質量比は、それぞれを反応全体の合計で割ることで計算できます。

自然の状態の元素は、異なる質量の同位体の混合物であるため、原子質量、したがってモル質量は正確には整数ではありません。たとえば、17.04 g のアンモニアは、正確に 14:3 の比率ではなく、14.01 g の窒素と 3 × 1.01 g の水素で構成されています。これは、天然の窒素には少量の窒素 15 が含まれ、天然の水素には水素 2 (重水素) が含まれるためです。

化学量論的反応物とは、反応で消費される反応物であり、触媒反応物とは対照的です。触媒反応物は、1 つのステップで反応し、別のステップで再生されるため、全体の反応では消費されません。

化学量論は化学式のバランスをとるために使用されるだけでなく、変換にも使用されます。つまり、変換係数としてモル質量を使用してグラムからモルに変換したり、密度を使用してグラムからミリリットルに変換したりします。たとえば、 2.00 g 中の NaCl (塩化ナトリウム) の量を調べるには、次のようにします。

${\displaystyle {\frac {2.00{\mbox{ g NaCl}}}{58.44{\mbox{ g NaCl mol}}^{-1}}}=0.0342\ {\text{mol}}}$

上記の例では、分数形式で書き出すと、グラム単位は乗法単位を形成し、1（g/g = 1）に相当し、その結果の量はモル（必要な単位）で表され、次の式に示すようになります。

${\displaystyle \left({\frac {2.00{\mbox{ g NaCl}}}{1}}\right)\left({\frac {1{\mbox{ mol NaCl}}}{58.44{\mbox{ g NaCl}}}}\right)=0.0342\ {\text{mol}}}$

化学量論は、化学式のバランスをとるためによく使用されます (反応化学量論)。たとえば、2 つの二原子ガスである水素と酸素は、次の式で説明されるように、発熱反応で結合して液体の水を形成します。

2 H ₂ + O ₂ → 2 H ₂ O

反応化学量論は、上記の式における水素、酸素、水分子の比率が 2:1:2 であることを表します。

モル比は、ある物質のモル数と別の物質のモル数との変換を可能にする。例えば、反応では

2 CH ₃ OH + 3 O ₂ → 2 CO ₂ + 4 H ₂ O

0.27モルのCHの燃焼によって生成される水の量
₃OHはCHとOHのモル比を用いて得られる。
₃OHとH
₂2～4の O。

${\displaystyle \left({\frac {0.27{\mbox{ mol }}\mathrm {CH_{3}OH} }{1}}\right)\left({\frac {4{\mbox{ mol }}\mathrm {H_{2}O} }{2{\mbox{ mol }}\mathrm {CH_{3}OH} }}\right)=0.54\ {\text{mol }}\mathrm {H_{2}O} }$

化学量論という用語は、化学量論化合物（組成化学量論）における元素のモル比にもしばしば使用される。例えば、Hにおける水素と酸素の化学量論は、
₂Oは 2:1 です。化学量論的化合物では、モル比は整数です。

化学量論は、反応によって生成される生成物の量を見つけるためにも使用できます。固体銅(Cu) 片を硝酸銀( AgNO ₃ )の水溶液に加えると、銀(Ag) は1 回の置換反応で置き換えられ、硝酸銅 (II) 水溶液( Cu(NO ₃ ) ₂ ) と固体銀が生成されます。16.00 グラムの Cu を過剰の硝酸銀溶液に加えると、どのくらいの量の銀が生成されますか?

次の手順が使用されます。

1. 方程式を書いてバランスをとる
2. 質量をモル数に変換: グラムのCuをモルのCuに変換
3. モル比: Cuのモル数をAgのモル数に変換する
4. モルから質量へ: Agのモルを生産されたAgのグラム数に変換する

完全なバランスの取れた方程式は次のようになります。

Cu + 2 AgNO ₃ → Cu(NO ₃ ) ₂ + 2 Ag

質量からモルへの変換手順では、銅の質量 (16.00 g) を銅の質量をそのモル質量63.55 g/mol で割ることで銅のモルに変換されます。

${\displaystyle \left({\frac {16.00{\mbox{ g Cu}}}{1}}\right)\left({\frac {1{\mbox{ mol Cu}}}{63.55{\mbox{ g Cu}}}}\right)=0.2518\ {\text{mol Cu}}}$

Cu のモル量 (0.2518) がわかったので、モル比を設定できます。これは、平衡方程式の係数を調べることでわかります。Cu と Ag の比率は 1:2 です。

${\displaystyle \left({\frac {0.2518{\mbox{ mol Cu}}}{1}}\right)\left({\frac {2{\mbox{ mol Ag}}}{1{\mbox{ mol Cu}}}}\right)=0.5036\ {\text{mol Ag}}}$

生成された Ag のモル数が 0.5036 mol であることがわかったので、この量を生成された Ag のグラム数に変換して最終的な答えを導き出します。

${\displaystyle \left({\frac {0.5036{\mbox{ mol Ag}}}{1}}\right)\left({\frac {107.87{\mbox{ g Ag}}}{1{\mbox{ mol Ag}}}}\right)=54.32\ {\text{g Ag}}}$

この一連の計算は、さらに 1 つのステップに凝縮できます。

${\displaystyle m_{\mathrm {Ag} }=\left({\frac {16.00{\mbox{ g }}\mathrm {Cu} }{1}}\right)\left({\frac {1{\mbox{ mol }}\mathrm {Cu} }{63.55{\mbox{ g }}\mathrm {Cu} }}\right)\left({\frac {2{\mbox{ mol }}\mathrm {Ag} }{1{\mbox{ mol }}\mathrm {Cu} }}\right)\left({\frac {107.87{\mbox{ g }}\mathrm {Ag} }{1{\mbox{ mol Ag}}}}\right)=54.32{\mbox{ g}}}$

プロパン（C ₃ H ₈）が酸素ガス（O ₂ ）と反応する場合、化学反応式は次のようになります。

C ₃ H ₈ + 5 O ₂ → 3 CO ₂ + 4 H ₂ O

120gのプロパン（C ₃ H ₈）を過剰酸素中で燃焼させた場合に生成される水の質量は、

${\displaystyle m_{\mathrm {H_{2}O} }=\left({\frac {120.{\mbox{ g }}\mathrm {C_{3}H_{8}} }{1}}\right)\left({\frac {1{\mbox{ mol }}\mathrm {C_{3}H_{8}} }{44.09{\mbox{ g }}\mathrm {C_{3}H_{8}} }}\right)\left({\frac {4{\mbox{ mol }}\mathrm {H_{2}O} }{1{\mbox{ mol }}\mathrm {C_{3}H_{8}} }}\right)\left({\frac {18.02{\mbox{ g }}\mathrm {H_{2}O} }{1{\mbox{ mol }}\mathrm {H_{2}O} }}\right)=196{\mbox{ g}}}$

化学量論は、化学反応において、ある反応物が他の反応物と「完全に」反応するのに適した量、つまり、反応が起こったときに反応物が残らないような化学量論量を見つけるためにも使用されます。以下に、テルミット反応の例を示します。^{[引用が必要]}

Fe ₂ O ₃ + 2 Al → Al ₂ O ₃ + 2 Fe

この式は、1 モルの酸化鉄(III)と 2 モルのアルミニウムから、 1 モルの酸化アルミニウムと 2 モルの鉄が生成されることを示しています。したがって、85.0 g の酸化鉄(III) (0.532 モル)と完全に反応するには、28.7 g (1.06 モル) のアルミニウムが必要です。

${\displaystyle m_{\mathrm {Al} }=\left({\frac {85.0{\mbox{ g }}\mathrm {Fe_{2}O_{3}} }{1}}\right)\left({\frac {1{\mbox{ mol }}\mathrm {Fe_{2}O_{3}} }{159.7{\mbox{ g }}\mathrm {Fe_{2}O_{3}} }}\right)\left({\frac {2{\mbox{ mol Al}}}{1{\mbox{ mol }}\mathrm {Fe_{2}O_{3}} }}\right)\left({\frac {26.98{\mbox{ g Al}}}{1{\mbox{ mol Al}}}}\right)=28.7{\mbox{ g}}}$

制限試薬は、生成できる生成物の量を制限する試薬であり、反応が完了すると完全に消費されます。過剰反応物とは、制限反応物が使い果たされたために反応が停止した後に残る反応物です。

硫化鉛(II) (PbS) を酸素 ( O ₂ ) 中で焙煎して酸化鉛(II) (PbO) と二酸化硫黄( SO ₂ )を生成する反応式を考えてみましょう。

2 PbS + 3 O ₂ → 2 PbO + 2 SO ₂

開放容器内で200.0 gの硫化鉛(II)と200.0 gの酸素を加熱した場合の酸化鉛(II)の理論収率を決定するには、次のようにします。

${\displaystyle m_{\mathrm {PbO} }=\left({\frac {200.0{\mbox{ g }}\mathrm {PbS} }{1}}\right)\left({\frac {1{\mbox{ mol }}\mathrm {PbS} }{239.27{\mbox{ g }}\mathrm {PbS} }}\right)\left({\frac {2{\mbox{ mol }}\mathrm {PbO} }{2{\mbox{ mol }}\mathrm {PbS} }}\right)\left({\frac {223.2{\mbox{ g }}\mathrm {PbO} }{1{\mbox{ mol }}\mathrm {PbO} }}\right)=186.6{\mbox{ g}}}$

${\displaystyle m_{\mathrm {PbO} }=\left({\frac {200.0{\mbox{ g }}\mathrm {O_{2}} }{1}}\right)\left({\frac {1{\mbox{ mol }}\mathrm {O_{2}} }{32.00{\mbox{ g }}\mathrm {O_{2}} }}\right)\left({\frac {2{\mbox{ mol }}\mathrm {PbO} }{3{\mbox{ mol }}\mathrm {O_{2}} }}\right)\left({\frac {223.2{\mbox{ g }}\mathrm {PbO} }{1{\mbox{ mol }}\mathrm {PbO} }}\right)=930.0{\mbox{ g}}}$

200.0 g の PbS に対して生成される PbO の量が少ないため、PbS が制限試薬であることは明らかです。

実際には、実際の収率は化学量論的に計算された理論収率と同じではありません。したがって、パーセント収率は次の式で表されます。

${\displaystyle {\mbox{percent yield}}={\frac {\mbox{actual yield}}{\mbox{theoretical yield}}}}$

170.0 g の酸化鉛(II) が得られた場合、収率は次のように計算されます。

${\displaystyle {\mbox{percent yield}}={\frac {\mbox{170.0 g PbO}}{\mbox{186.6 g PbO}}}=91.12\%}$

塩化鉄(III)が硫化水素と反応して硫化鉄(III)と塩化水素を生成する次の反応を考えてみましょう。

2 FeCl ₃ + 3 H ₂ S → Fe ₂ S ₃ + 6 HCl

この反応の化学量論的質量は次のとおりです。

324.41 g FeCl ₃、102.25 g H ₂ S、207.89 g Fe ₂ S ₃、218.77 g HCl

90.0 g のFeCl _{3 が}52.0 g のH ₂ Sと反応すると仮定します。反応で生成される HCl の限界量と質量を求めるには、上記の量を 90/324.41 倍して、次の量を求めます。

90.00 g FeCl ₃、28.37 g H ₂ S、57.67 g Fe ₂ S ₃、60.69 g HCl

制限反応物（または試薬）はFeCl ₃です。これは、90.00 g すべてが消費され、H ₂ Sは 28.37 g しか消費されないためです。したがって、52.0 − 28.4 = 23.6 g のH ₂ Sが余剰に残ります。生成された HCl の質量は 60.7 g です。

反応の化学量論を見ると、FeCl _{3 が}制限反応物であると推測できるかもしれません。H ₂ Sと比較して3 倍のFeCl ₃が使用されます(324 g 対 102 g)。

多くの場合、同じ出発物質から複数の反応が起こり得ます。反応は化学量論的に異なる場合があります。たとえば、ベンゼン( C ₆ H ₆ )のメチル化は、触媒としてAlCl _{3 を}使用したフリーデルクラフツ反応によって、単一メチル化 ( C ₆ H ₅ CH ₃ )、二重メチル化 ( C ₆ H ₄ (CH ₃ ) ₂ )、またはさらに高度にメチル化された ( C ₆ H _{6− n} (CH ₃ ) _n ) 生成物を生成する可能性があります。次の例をご覧ください。

C ₆ H ₆ + CH ₃ Cl → C ₆ H ₅ CH ₃ + HCl

C ₆ H ₆ + 2 CH ₃ Cl → C ₆ H ₄ (CH ₃ ) ₂ + 2 HCl

C ₆ H ₆ + n CH ₃ Cl → C ₆ H _{6− n} (CH ₃ ) _n + n HCl

この例では、どの反応が起こるかは、反応物の 相対的な濃度によって部分的に制御されます。

平たく言えば、任意の成分の化学量論係数は、記述されているように反応に参加する分子および/または化学式単位の数です。関連する概念は化学量論数（IUPAC 命名法を使用）であり、化学量論係数は、すべての生成物に対して +1 が乗じられ、すべての反応物に対して -1 が乗じられます。

たとえば、反応CH ₄ + 2 O ₂ → CO ₂ + 2 H ₂ Oでは、 CH ₄の化学量論数は-1、 O ₂の化学量論数は -2、CO _{2の場合は +1、} H ₂ Oの場合は+2 になります。

より技術的に正確に言えば、化学反応 システムにおけるi番目の成分の化学量論数は次のように定義される。

${\displaystyle \nu _{i}={\frac {\Delta N_{i}}{\Delta \xi }}\,}$

または

${\displaystyle \Delta N_{i}=\nu _{i}\,\Delta \xi \,}$

ここで、はiの分子数、 は反応の進行度または程度である。^{[8] [9]}${\displaystyle N_{i}}$${\displaystyle \xi }$

化学量論数は、 化学種が反応に参加する度合いを表します。慣例的に、反応物（消費される）には負の数を割り当て、生成物には正の数を割り当てます。これは、反応の程度が増加すると、組成が反応物から生成物にシフトするという慣例と一致しています。ただし、どの反応も逆方向に進むと見なすことができ、その観点からは、システムのギブズ自由エネルギーを下げるために負の方向に変化します。反応が実際に任意に選択された順方向に進むかどうかは、特定の時点で存在する物質の量に依存し、それが速度論と熱力学、つまり平衡が初期状態の 右側にあるか左側にあるかを決定します。${\displaystyle \nu _{i}}$

反応機構では、各ステップの化学量論係数は常に整数です。これは、素反応には常に分子全体が関与するためです。反応全体の複合表現を使用する場合、一部は有理数 分数になることがあります。反応に参加しない化学種が存在することがよくあります。その場合、それらの化学量論係数はゼロになります。触媒などの再生される化学種も、化学量論係数はゼロになります。

最も単純なケースは異性化である

A → B

ここで、反応が起こるたびに 1 つの B 分子が生成されるためν _B  = 1となり、1 つの A 分子が必ず消費されるためν _A  = −1 となります。どの化学反応でも、総質量が保存されるだけでなく、各種類の原子の数も保存されるため、化学量論係数の可能​​な値に該当する制約が課せられます。

生物学を含むあらゆる自然反応系では、通常、複数の反応が同時に進行している。任意の化学成分は複数の反応に同時に関与することができるため、k番目の反応におけるi番目の成分の化学量論数は次のように定義される。

${\displaystyle \nu _{ik}={\frac {\partial N_{i}}{\partial \xi _{k}}}\,}$

したがって、 i番目の成分 の量の合計（差分）変化は

${\displaystyle dN_{i}=\sum _{k}\nu _{ik}\,d\xi _{k}.\,}$

反応の程度は、組成の変化を表す最も明確かつ明示的な方法を提供しますが、まだ広く使用されていません。

複雑な反応システムでは、存在する化学物質の量{  N _i  } (状態変数)による反応システムの表現と、反応の程度{  ξ _k  }で表される実際の組成の自由度による表現の両方を考慮することが有用な場合がよくあります。程度を表すベクトルから量を表すベクトルへの変換には、化学量論数[  ν _{i k}  ]を要素とする長方形行列が使用されます。

任意のξ _kの最大値と最小値は、順方向の反応で最初の反応物が枯渇したとき、または反応が逆方向に押されていると見なされる場合は最初の「生成物」が枯渇したときに発生します。これは、反応単体、つまり構成空間またはN空間の超平面に対する純粋に運動学的な制限であり、その次元は線形独立化学反応の数に等しくなります。各反応は少なくとも 2 つの化学物質間の関係を表すため、この数は必然的に化学成分の数よりも少なくなります。超平面のアクセス可能な領域は、実際に存在する各化学種の量に依存しますが、これは偶発的な事実です。このような量が異なると、すべて同じ代数化学量論を共有する異なる超平面を生成することさえあります。

化学反応速度論と熱力学的平衡の原理によれば、すべての化学反応は少なくともある程度は可逆的であるため、各平衡点は単体の内部点でなければなりません。その結果、一部の生成物の初期量がゼロの実験システムを準備しない限り、 ξの極値は発生しません。

物理的に独立した反応の数は、化学成分の数よりもさらに多い場合があり、さまざまな反応機構に依存します。たとえば、上記の異性体には 2 つ (またはそれ以上) の反応経路がある場合があります。反応は単独で発生する場合もありますが、触媒の存在下ではより速く、異なる中間体が生成されます。

(無次元の)「単位」は分子またはモルとみなすことができます。モルが最も一般的に使用されますが、分子の観点から増分化学反応を描写する方がより示唆的です。Nとξは、アボガドロ定数で割ることでモル単位に縮小されます。次元の質量単位を使用することもできますが、その場合、整数に関するコメントは適用されなくなります。

複雑な反応では、化学量論は化学量論行列と呼ばれるよりコンパクトな形式で表されることが多い。化学量論行列は記号Nで表される。^{[10] [11] [12]}

反応ネットワークにn 個の反応とm 個の関与分子種がある場合、化学量論マトリックスにはそれに応じてm行とn列が含まれます。

たとえば、以下に示す反応系を考えてみましょう。

S1 → _S2​

5 S ₃ + S ₂ → 4 S ₃ + 2 S ₂

S3 → _S4​

S4 → _S5​

このシステムは 4 つの反応と 5 つの異なる分子種で構成されています。このシステムの化学量論マトリックスは次のように表すことができます。

${\displaystyle \mathbf {N} ={\begin{bmatrix}-1&0&0&0\\1&1&0&0\\0&-1&-1&0\\0&0&1&-1\\0&0&0&1\\\end{bmatrix}}}$

ここで、行はそれぞれS ₁、 S ₂、 S ₃、 S ₄、 S ₅に対応します。反応スキームを化学量論マトリックスに変換するプロセスは、損失のある変換になる場合があります。たとえば、2 番目の反応の化学量論は、マトリックスに含まれると単純化されます。つまり、化学量論マトリックスから元の反応スキームを復元することは必ずしも可能ではありません 。

多くの場合、化学量論行列は速度ベクトルvおよび種ベクトルxと組み合わされて、分子種の変化速度を記述する 簡潔な方程式、生化学システム方程式を形成します。

${\displaystyle {\frac {d\mathbf {x} }{dt}}=\mathbf {N} \cdot \mathbf {v} .}$

ガス化学量論は、ガスを生成する化学反応における反応物と生成物の量的関係（比率）です。ガス化学量論は、生成されるガスが理想ガスであると想定され、ガスの温度、圧力、および体積がすべてわかっている場合に適用されます。これらの計算には理想気体の法則が使用されます。多くの場合、標準温度と標準圧力（STP）は 0 °C および 1 bar と見なされ、ガス化学量論計算の条件として使用されますが、常にそうであるとは限りません。

ガス化学量論計算は、ガス状生成物または反応物の未知の体積または質量を解きます。たとえば、 100 g のNH ₃の燃焼によって生成されるガス状NO ₂の体積を次の反応で計算するとします。

4 NH ₃ (g) + 7 O ₂ (g) → 4 NO ₂ (g) + 6 H ₂ O (l)

以下の計算を実行します。

${\displaystyle 100\,\mathrm {g\,NH_{3}} \cdot {\frac {1\,\mathrm {mol\,NH_{3}} }{17.034\,\mathrm {g\,NH_{3}} }}=5.871\,\mathrm {mol\,NH_{3}} }$

上記の平衡燃焼反応では、NH ₃とNO ₂のモル比は 1:1 なので、5.871 モルのNO ₂が生成されます。理想気体の法則を使用して、気体法則定数R  = 0.08206 L·atm·K ⁻¹ ·mol ⁻¹を使用して、0 °C (273.15 K) および 1 気圧での体積を解きます。

${\displaystyle {\begin{aligned}PV&=nRT\\V&={\frac {nRT}{P}}\\&={\frac {5.871{\text{ mol}}\cdot 0.08206\,{\frac {\mathrm {L\cdot atm} }{\mathrm {mol\cdot K} }}\cdot 273.15{\text{ K}}}{1{\text{ atm}}}}\\&=131.597\,\mathrm {L\,NO_{2}} \end{aligned}}}$

ガスの化学量論では、ガスの密度が与えられた場合、そのガスのモル質量を知る必要があることがよくあります。理想気体の法則を整理すると、理想気体の密度とモル質量の関係が得られます。

${\displaystyle \rho ={\frac {m}{V}}}$    そして    ${\displaystyle n={\frac {m}{M}}}$

そしてこうなります:

${\displaystyle \rho ={\frac {MP}{R\,T}}}$

どこ：

• P  = 絶対ガス圧
• V  = ガス体積
• n = 量（モル単位 で測定）
• R  = 理想気体の普遍法則定数
• T  = 絶対ガス温度
• ρ = TおよびP におけるガス密度
• m  = ガスの質量
• M  = 気体のモル質量

燃焼反応では、酸素が燃料と反応し、すべての酸素が消費され、すべての燃料が燃焼した点が化学量論点として定義されます。酸素が多い場合 (化学量論的燃焼を超える場合)、酸素の一部は未反応のまま残ります。同様に、酸素不足により燃焼が不完全になると、燃料は未反応のまま残ります (燃焼が遅い場合や燃料と酸素の混合が不十分な場合も未反応の燃料が残ることがあります。これは化学量論によるものではありません)。炭化水素燃料はそれぞれ炭素、水素、その他の元素の含有量が異なるため、化学量論も異なります。

酸素は空気の体積のわずか20.95％、質量のわずか23.20％を占めています。^[13]以下に挙げる空燃比は、空気中の不活性ガスの割合が高いため、同等の酸素燃料比よりもはるかに高くなります。

ガソリンエンジンは、ガソリンが非常に揮発性が高く、点火前に空気と混合（噴霧または気化）されるため、理論空燃比で作動します。対照的に、ディーゼルエンジンは、単純な理論空燃比で必要とされるよりも多くの空気を利用できるため、リーン空燃比で作動します。ディーゼル燃料は揮発性が低く、噴射されると効果的に燃焼します。^[16]

• 非化学量論的化合物
• 生化学システム方程式
• 化学反応
• 化学式
• 分子
• モル質量
• 理想気体の法則

• ズムダール、スティーブンS.化学原理ホートンミフリン、ニューヨーク、2005年、pp 148-150。
• 内燃機関の基礎、ジョン・B・ヘイウッド

• プリマス大学のエンジン燃焼入門
• カーネギーメロン大学のChemCollectiveによる無料の化学量論チュートリアル
• 分子量、反応係数、化学量論の計算のための Microsoft Excel 用化学量論アドイン ( Wayback Machineに 2011-05-11 アーカイブ済み)。
• 反応化学量論計算機は、包括的な無料オンライン反応化学量論計算機です。