倍数比例の法則とは、A、Bの2元素からなる化合物が2種類以上あるとき、一定量のAと化合しているBの質量がこれらの化合物の間で簡単な整数比が成り立つという法則です。この法則は1803年にドルトンが原子説の考え方に基づいて予想し、実験で確認したことで発見されました。
具体例として、炭素と酸素の化合物である一酸化炭素と二酸化炭素を比較すると、炭素の質量を12gと固定した場合、一酸化炭素では酸素が16g、二酸化炭素では酸素が32gとなります。この酸素の質量比は16g：32g＝1：2という簡単な整数比になり、倍数比例の法則が成り立っていることがわかります。
同様に、酸化銅(I)Cu₂Oと酸化銅(II)CuOでも、酸素の質量を16gと固定すると、銅の質量はそれぞれ128gと64gになり、128g：64g＝2：1という整数比が観察されます。この法則の発見は原子の存在を強く裏付けるものとなり、当時の化学界に大きな影響を与えました。
参考）定比例の法則と倍数比例の法則の違いがバッチリわかる方法
定比例の法則と倍数比例の法則は名前も似ており、法則の内容も類似しているため混同されやすいですが、明確な違いがあります。定比例の法則は「同じ化合物であれば、その作られ方によらず、化合物を構成する成分元素の質量比は常に一定である」という法則で、1799年にプルーストによって発見されました。
最も重要な違いは、定比例の法則が1種類の化合物の成分元素の質量比を表すのに対し、倍数比例の法則は2種類以上の化合物の成分元素を比較している点です。例えば、定比例の法則はCO₂という1種類の化合物におけるC：Oの質量比が常に3：8であることを説明しますが、倍数比例の法則はCOとCO₂という2種類の化合物を比較して論じています。
定比例の法則では、炭素を燃焼させてできる二酸化炭素も、動物の呼吸中に含まれる二酸化炭素も、炭素と酸素の質量比は3：8で一定です。一方、倍数比例の法則は原子の存在を強めるために提唱された法則で、化学式で表せる現代では明白な関係も、当時は画期的な発見でした。
陶器や磁器の化学組成は、倍数比例の法則や定比例の法則と深く関係しています。陶器の基本的な成分比率はおよそ「長石10％・珪石40％・粘土50％」であり、土の成分が最も多いのが特徴です。一方、磁器は「長石30％・珪石40％・粘土30％」と石の成分が最も多く、陶器よりも高温で焼成されます。
参考）陶磁器4：陶磁器の種類（陶器）｜YK_ukasagi
釉薬の組成も化学の法則に基づいて設計されています。釉薬は骨格となる成分（珪酸、アルミナ分）、熔ける温度を調整する成分（アルカリ分）、色をつける成分（金属類）から構成されます。例えば織部釉の調合例では、長石38.7％、ドロマイト8.8％、石灰石7.1％、カオリン12.3％、珪石33.0％、酸化銅3.0％という具体的な比率が用いられます。
参考）http://igloss.web.fc2.com/cray/glaze.htm
焼成時には釉薬が化学反応を起こし、色や光沢感を表現します。同じ釉薬でも酸化焼成と還元焼成という焼成方法の違いによって、素地や釉薬が酸素と結合するかどうかが変わり、焼き上がりの色も異なってきます。これらの化学反応は定比例の法則に従い、一定の組成比を保ちながら進行することで、安定した品質の陶磁器が生産されています。
釉薬はガラス化する過程で複雑な化学反応を示し、その反応は化学の基本法則に支配されています。釉薬の主成分であるケイ酸（SiO₂）は1,700度以上の高温でしか溶けませんが、ソーダ灰などのアルカリ成分を加えることで溶融温度を下げ、1,200～1,400度で溶けるように調整されます。この温度調整のメカニズムも、元素間の質量比が一定に保たれる定比例の法則に基づいています。
参考）石と土からできるネイティブスケープ【2】 陶器や磁器の表面は…
釉薬中にはカリウムKやナトリウムNaなどのアルカリ金属、マグネシウムMgやカルシウムCaなどのアルカリ土類金属も含まれます。これらの金属酸化物は釉薬の融点を下げる役割を果たし、それぞれの元素が一定の質量比で化合することで、目的とする釉薬の性質が実現されます。
参考）http://www.tokoname.or.jp/glaze/genryo.htm
焼成中の化学反応では、鉛を含む釉薬の場合、鉛がシリカと容易に化合してガラスとなる性質があります。しかし鉛の毒性が問題となるため、現在では鉛を使用しない絵具や釉薬の研究、焼成中に水蒸気を添加して釉薬中の鉛と反応させ釉薬表面層の鉛量を低減させる方法などが開発されています。これらの改良技術も、元素間の質量比を制御する化学の基本法則に基づいて設計されています。
陶磁器製造における品質管理では、倍数比例の法則や定比例の法則の理解が極めて重要です。陶器と磁器では、粘土質・長石・珪石の割合が異なり、粘土質の比率が高いとよく粘り柔らかい土になり、比率が低いと硬めでコシの強い土になります。長石は粘土素地の隙間をつなぎ高温で熔けてガラス質になり、珪石はガラス質になる主成分で比率が高いと硬度が得られます。
参考）陶器と磁器の違い
陶器の焼成温度は一般的に1,000℃を軽く超える程度ですが、磁器土はより高めで1,200～1,300℃で焼成します。磁器土の方がガラスになる成分が多く、これは成分比率の違いによるものです。成分比率を正確に管理することで、同じ品質の製品を再現性高く製造することができ、これは定比例の法則の実践的な応用といえます。
食品安全性の観点からも、化学組成の管理は重要です。陶磁器製食器からの鉛やカドミウムの溶出が問題となることがあり、釉薬中の成分比率を適切に管理することで、有害物質の溶出を防ぐことができます。現代の陶磁器製造では、化学分析技術を用いて原料の組成を正確に測定し、倍数比例の法則や定比例の法則に基づいた厳密な配合管理が行われています。
参考）磁器と陶器の違いは｜土岐市公式ウェブサイト
陶磁器製造における品質管理の詳細情報
愛知県産業技術研究所：陶磁器食器の安全性に関する研究報告（釉薬中の鉛溶出防止技術について解説）
釉薬の化学組成と調合技術
釉薬の科学：化学組成と釉調の詳細解説（ゼーゲル式による釉薬設計の基礎）
