メタンの燃焼 分子モデルCombustion of Methane: Molecule Model

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. CH₄ 2個と O₂ 5個を反応させると、反応のあとに何か「余る」分子はあると思いますか。あるとしたら何が何個余るでしょうか。If 2 CH₄ and 5 O₂ molecules react, do you think any molecules will be left over? If so, which kind and how many?💡 化学反応式の係数を見て、CH₄ 1個と反応する O₂ の数を考えましょう。Look at the coefficients in the chemical equation and think about how many O₂ react with one CH₄.
2. 反応の前と後で、C・H・O の原子の数はそれぞれ増える、減る、変わらない、のどれだと思いますか。Between before and after the reaction, do you think the number of C, H and O atoms increases, decreases, or stays the same?💡 化学変化で原子そのものが別の原子に変わることがあるか考えてみましょう。Think about whether an atom itself can turn into a different kind of atom in a chemical change.

2動かしてみようTry it

1. 最初の状態(「CH₄ の個数」2個、「O₂ の個数」5個)で、左の「反応前(反応物)」の分子の形を観察する。C(黒・大)、O(赤・中)、H(白・小)の色と大きさを確かめ、下の状況表示で何組反応できるかを読む。In the starting state ("CH₄ molecules" 2, "O₂ molecules" 5), look at the molecules in "Before (reactants)". Check the color and size of C (dark, large), O (red, medium) and H (white, small), and read how many sets can react in the status line below.
2. 「反応スタート」を押し、原子が組み替わって右の「反応後(生成物)」に CO₂ と H₂O ができる様子を見る。速すぎるときは「速度」スライダーを 0.5 倍などに下げてから「リセット」→「反応スタート」でもう一度見る。Press "Start reaction" and watch the atoms rearrange into CO₂ and H₂O in "After (products)". If it is too fast, lower the "Speed" slider to about 0.5×, press "Reset", then "Start reaction" again.
3. 反応が終わったら、画面下の「原子の数」の棒グラフで「反応前」と「反応後(生成物＋余り)」の C・H・O の数を比べ、「一致 ✓」の表示を確かめる。When the reaction ends, compare the C, H and O counts for "Before" and "After (products + leftovers)" in the "Atom count" bars at the bottom, and confirm the "Equal ✓" message.
4. 「CH₄ の個数」を 3 個、「O₂ の個数」を 4 個にして「反応スタート」を押し、点線で囲まれた余りの分子と、状況表示の「何組ぶん反応」「余り」を確認する。Set "CH₄ molecules" to 3 and "O₂ molecules" to 4, press "Start reaction", and check the leftover molecules circled with dashed lines and the number of sets and leftovers in the status line.
5. 「CH₄ の個数」4 個、「O₂ の個数」8 個にして反応させ、余りが出ない組み合わせを確かめる。ほかにも余りの出ない組み合わせを自分で探す。Set "CH₄ molecules" to 4 and "O₂ molecules" to 8, run the reaction, and confirm that nothing is left over. Then find other combinations that leave no leftovers.

3確かめようCheck

1. CH₄ 2個と O₂ 5個を反応させると、何組が反応し、何ができ、何が余りましたか。With 2 CH₄ and 5 O₂, how many sets reacted, what was produced, and what was left over?→ 2組が反応し、CO₂ が 2個と H₂O が 4個できた。O₂ が 1個余った(点線で囲まれて残る)。2 sets reacted, producing 2 CO₂ and 4 H₂O. One O₂ was left over (it stays in place, circled with a dashed line).
2. CH₄ 2個・O₂ 5個のとき、反応前と反応後の C・H・O の原子の数はそれぞれいくつでしたか。With 2 CH₄ and 5 O₂, how many C, H and O atoms were there before and after the reaction?→ 反応前も反応後も C が 2個、H が 8個、O が 10個で一致し、「一致 ✓」と表示された。Both before and after: C = 2, H = 8, O = 10. They matched and the screen showed "Equal ✓".
3. CH₄ 3個と O₂ 4個のときは、何組が反応し、何が余りましたか。With 3 CH₄ and 4 O₂, how many sets reacted and what was left over?→ O₂ が 4個しかないので 2組だけが反応し、CH₄ が 1個余った(O₂ の余りは 0個)。Because there are only 4 O₂, just 2 sets reacted and 1 CH₄ was left over (0 O₂ left).
4. CO₂ と H₂O の分子は、それぞれどの原子が何個でできていましたか。Which atoms, and how many of each, make up one CO₂ molecule and one H₂O molecule?→ CO₂ は C 1個と O 2個、H₂O は O 1個と H 2個でできている。CO₂ is made of 1 C and 2 O atoms; H₂O is made of 1 O and 2 H atoms.

4考えようThink further

1. なぜ化学反応の前後で物質全体の質量は変わらないのですか。このモデルを使って説明しましょう。Why does the total mass of substances not change before and after a chemical reaction? Explain using this model.→ 化学変化では原子の組み合わせが変わるだけで、原子がなくなったり新しく生まれたりしない。原子の種類と数が同じなので、原子1個ずつの質量の合計も変わらない(質量保存の法則)。A chemical change only rearranges how atoms are combined; no atoms disappear or appear. Since the kinds and numbers of atoms stay the same, the sum of their masses stays the same too (the law of conservation of mass).
2. CH₄ が 3個あるとき、すべてのメタンを燃やすには O₂ が最低何個必要ですか。そのとき CO₂ と H₂O は何個できますか。If there are 3 CH₄, what is the minimum number of O₂ needed to burn all the methane, and how many CO₂ and H₂O are produced?→ CH₄ 1個に O₂ 2個が必要なので O₂ は 6個。CO₂ が 3個、H₂O が 6個できる(シミュレーションで CH₄ 3個・O₂ 6個にすると確かめられる)。Each CH₄ needs 2 O₂, so 6 O₂ are needed. It produces 3 CO₂ and 6 H₂O (you can confirm this by setting CH₄ to 3 and O₂ to 6).

よくある誤解Common misconceptions

• 「燃えると物質がなくなる(原子が消える)」という誤解。実際は原子が CO₂ や H₂O という別の分子に組み替わっただけで、原子の数は変わらない。"When something burns, matter disappears (atoms are destroyed)." In fact the atoms are only rearranged into other molecules such as CO₂ and H₂O, and their numbers do not change.
• 「O₂ を多く入れればそのぶん多く反応する」という誤解。反応は CH₄ 1個と O₂ 2個の割合でしか進まず、足りない方がなくなった時点で余った分子は反応せずに残る。"Adding more O₂ always makes more of it react." The reaction only proceeds in the ratio 1 CH₄ : 2 O₂; once one reactant runs out, the extra molecules remain unreacted.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)