استفاده از انرژی باعث تغییراتی در ماده می شود. در زندگی روزمره، ما شاهد تغییراتی در مواد هستیم. بیایید نمونه های کمی از زندگی روزمره خود را ببینیم، گرمای خورشید کوه های برفی، که ذوب می شود و به منابع آبی مانند رودخانه ها، دریاچه ها و برکه ها تبدیل می شود، آتش سبزیجات خام/گوشت را به غذای پخته تبدیل می کند، رودخانه با حرارت دادن به بخار آب تبخیر می شود. که در اتمسفر فوقانی متراکم می شوند و به ابر تبدیل می شوند، سوخت می سوزند، لیموناد درست می کنند. همه اینها تغییرات در حال وقوع در یک ماده را نشان می دهد. ما می توانیم این تغییرات را به دو نوع دسته بندی کنیم: تغییرات فیزیکی و تغییرات شیمیایی .
تغییر فیزیکی
خواص فیزیکی یک ماده شامل ویژگی های ظاهری و قابل مشاهده است. برخی از خواص فیزیکی عبارتند از رنگ، بو، طعم، حلالیت، نقطه ذوب و جوش، سفتی و غیره.
در تغییر فیزیکی شکل ماده تغییر می کند اما ترکیب شیمیایی آن ثابت می ماند. به عبارت دیگر، هیچ ماده جدیدی در تغییرات فیزیکی تشکیل نمی شود.
مثال:
- مقداری آب در یک ظرف چینی بریزید و مقداری نمک در آن مخلوط کنید. محلول را بچشید. آن را شور خواهید یافت. حالا ظرف را حرارت دهید تا تمام آب تبخیر شود. باقی مانده سفید باقی مانده را بچشید. متوجه خواهید شد که باقی مانده سفید یک نمک معمولی است. این ثابت می کند که هیچ ماده جدیدی با حل کردن نمک در آب تشکیل نمی شود و این یک تغییر فیزیکی است.
- شکستن گچ.
- پاره شدن کاغذ.
- تبخیر یا انجماد آب.
- مغناطیس شدن میله آهنی
- کشش یک باند لاستیکی.
ویژگی های یک تغییر فیزیکی
- به طور کلی، یک تغییر فیزیکی موقتی است و با تغییر شرایط می توان آن را برگرداند.
- هیچ ماده جدیدی تشکیل نشده است، بنابراین هیچ تغییری در جرم یک ماده در حال تغییر فیزیکی نیست.
- فقط خواص فیزیکی یک ماده مانند اندازه، رنگ، حالت یا شکل آن تغییر می کند.
تغییر شیمیایی
تغییر شیمیایی یک تغییر دائمی است که در آن ماده اولیه ترکیب و خواص خود را از دست می دهد. در طی این تغییر یک یا چند ماده جدید با ترکیب و خواص متفاوت تشکیل می شود.
مثال:
- با سوزاندن کاغذ مواد جدیدی مانند خاکستر، دود، دی اکسید کربن و بخار آب تولید می‌شود. مولکول‌های کاغذ در حضور اکسیژن در هوا ترکیب می‌شوند و دستخوش تغییراتی می‌شوند تا مولکول این مواد جدید را تشکیل دهند. تغییر در اینجا دائمی است و قابل برگشت نیست، بنابراین سوزاندن کاغذ یک تغییر شیمیایی است.
- تخمیر.
- رسیدن میوه ها.
- زنگ زدگی آهن.
ویژگی های تغییرات شیمیایی
- تغییرات شیمیایی دائمی و غیر قابل برگشت است.
- در یک تغییر شیمیایی یک یا چند ماده جدید با ترکیب و خواص متفاوت از ماده اولیه تشکیل می شود.
- جرم ماده ای که دستخوش تغییر شیمیایی می شود تغییر می کند، اما کل جرم درگیر در یک تغییر شیمیایی ثابت می ماند (جرم نه ایجاد می شود و نه از بین می رود).
سوال : آیا تهیه اسموتی مخلوط میوه با استفاده از مخلوط کن یک تغییر فیزیکی است یا تغییر شیمیایی؟
پاسخ: این یک تغییر فیزیکی است زیرا شکل و اندازه قطعات میوه تغییر می‌کند اما جزء شیمیایی آن همچنان بدون تغییر باقی می‌ماند.
واکنش های شیمیایی
به یک تغییر شیمیایی واکنش شیمیایی نیز گفته می شود. یک واکنش شیمیایی تغییر یک ماده به یک ماده جدید است که هویت شیمیایی متفاوتی دارد. واکنش های شیمیایی گرما یا سایر انرژی ها را آزاد یا جذب می کنند یا ممکن است گاز، بو، رنگ یا صدا ایجاد کنند. اگر هیچ یک از این نشانه ها را نمی بینید، احتمالاً تغییر فیزیکی رخ داده است. به موادی که در یک واکنش با یکدیگر واکنش می دهند، واکنش دهنده و مواد جدیدی که از واکنش تولید می شوند، فرآورده می گویند.
در زیر دو واکنش شیمیایی آورده شده است. (1) واکنش هیدروژن با اکسیژن آب تولید می کند. هیدروژن و اکسیژن دو واکنش دهنده هستند و آب محصول است (2) واکنش کربن با اکسیژن برای تولید دی اکسید کربن. کربن و اکسیژن دو واکنش دهنده هستند و دی اکسید کربن محصول آن است.
در طی تغییرات شیمیایی یا واکنش شیمیایی، اتم‌های موجود در مولکول‌های واکنش‌دهنده خود را مجدداً مرتب می‌کنند تا یک یا چند محصول تشکیل دهند. معادلات شیمیایی برای نشان دادن واکنش شیمیایی به صورت نمادین استفاده می شود.
هنگامی که واکنش شیمیایی با استفاده از نمادها و فرمول های واکنش دهنده ها و محصولات درگیر در واکنش نشان داده می شود، به آن معادله شیمیایی می گویند. مثال: معادله شیمیایی برای واکنش کربن با اکسیژن برای تولید دی اکسید کربن.
C + O 2 —> CO 2
شرایط لازم برای انجام واکنش شیمیایی:
- سطح: سرعت واکنش شیمیایی در صورتی که سطح واکنش دهنده ها کوچک باشد، کند است، زیرا احتمال تماس کمتری بین واکنش دهنده ها وجود خواهد داشت. اگر مساحت سطح بزرگ باشد، سرعت واکنش افزایش می یابد. به عنوان مثال، در آزمایشگاه، شکل پودری کربنات کلسیم با اسید هیدروکلریک رقیق بسیار سریعتر از توده های سنگ آهک واکنش می دهد.
- کاتالیزور: یک کاتالیزور یک واکنش را سرعت می بخشد، از این رو در یک واکنش اضافه می شود تا سرعت واکنش را افزایش دهد بدون اینکه در فرآیند مصرف شود. به عنوان مثال، آنزیم ها در بدن ما به عنوان کاتالیزور عمل می کنند زیرا سرعت واکنش های شیمیایی را در یک سلول یا خارج از سلول افزایش می دهند.
- فشار: برخی از واکنش های شیمیایی تنها پس از اعمال فشار رخ می دهد. به عنوان مثال، در ساخت آمونیاک در فرآیند هابر، سرعت واکنش بین نیتروژن و هیدروژن با استفاده از فشار بسیار بالا افزایش می یابد.
- گرما: واکنش های مختلف فقط در دمای معینی انجام می شود. هنگامی که گرما به واکنش دهنده ها می رسد، آنها تحت واکنش قرار می گیرند. ما از مشعل یا صفحه داغ در آزمایشگاه برای افزایش سرعت واکنش هایی که در دمای اتاق به آرامی واکنش نشان می دهند، استفاده می کنیم. در بسیاری از موارد، افزایش دمای تنها 10 درجه سانتیگراد سرعت یک واکنش را تقریباً دو برابر می کند.
- نور: نور نیز یکی از عوامل تحریک کننده سرعت واکنش است، همچنین برخی از واکنش ها تنها در حضور نور انجام می شود. بهترین مثال در اینجا فتوسنتز است. واکنش شیمیایی که با جذب نور به عنوان نوعی انرژی شروع می شود، واکنش فتوشیمیایی نامیده می شود.
