การใช้พลังงานทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสสาร ในชีวิตประจำวันของเรา เราเห็นสารที่มีการเปลี่ยนแปลง ให้เราเห็นตัวอย่างเล็กๆ น้อยๆ จากชีวิตประจำวันของเรา ดวงอาทิตย์ให้ความร้อนแก่ภูเขาที่ปกคลุมไปด้วยหิมะ ซึ่งละลายและเปลี่ยนเป็นแหล่งน้ำ เช่น แม่น้ำ ทะเลสาบ และสระน้ำ ไฟเปลี่ยนผัก/เนื้อดิบเป็นอาหารที่ปรุงสุกแล้ว แม่น้ำที่ได้รับความร้อนจะระเหยเป็นไอน้ำ ที่ควบแน่นในบรรยากาศชั้นบนและเปลี่ยนเป็นเมฆ การเผาไหม้ของเชื้อเพลิง การผลิตน้ำมะนาว สิ่งเหล่านี้ล้วนแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในสาร เราสามารถแบ่งการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ออกเป็นสองประเภท: การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพและการเปลี่ยนแปลงทางเคมี
การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ
คุณสมบัติทางกายภาพของสารรวมถึงลักษณะที่ปรากฏและคุณสมบัติที่สังเกตได้ คุณสมบัติทางกายภาพบางอย่าง ได้แก่ สี กลิ่น รสชาติ การละลาย จุดหลอมเหลวและจุดเดือด ความแข็ง เป็นต้น
ในการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ รูปแบบของสสารจะเปลี่ยนไป แต่องค์ประกอบทางเคมียังคงเหมือนเดิม กล่าวอีกนัยหนึ่ง ไม่มีสารใหม่เกิดขึ้นในการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ
ตัวอย่าง:
- ใช้น้ำในจานจีนและผสมเกลือลงไป ลิ้มรสการแก้ปัญหา คุณจะพบว่ามันเค็ม ตอนนี้อุ่นจานจนน้ำระเหยหมด ลิ้มรสสิ่งตกค้างสีขาวที่หลงเหลืออยู่ คุณจะพบว่ากากสีขาวคือเกลือทั่วไป นี่เป็นข้อพิสูจน์ว่าไม่มีสารใหม่เกิดขึ้นจากการละลายเกลือในน้ำและเป็นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ
- การทำลายชอล์ก
- ฉีกกระดาษ
- การระเหยหรือการแช่แข็งของน้ำ
- การทำให้แท่งเหล็กเป็นแม่เหล็ก
- การยืดของหนังยาง
ลักษณะของการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ
- โดยทั่วไป การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพจะเกิดขึ้นชั่วคราวและสามารถย้อนกลับได้โดยการเปลี่ยนสภาพ
- ไม่มีสารใหม่เกิดขึ้น ดังนั้นจึงไม่มีการเปลี่ยนแปลงมวลของสารที่มีการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ
- เฉพาะคุณสมบัติทางกายภาพของสสารเท่านั้นที่เปลี่ยนแปลง เช่น ขนาด สี สถานะหรือรูปร่าง
การเปลี่ยนแปลงทางเคมี
การเปลี่ยนแปลงทางเคมีคือการเปลี่ยนแปลงอย่างถาวรซึ่งสารดั้งเดิมจะสูญเสียองค์ประกอบและคุณสมบัติของตัวเองไป ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงนี้จะเกิดสารใหม่อย่างน้อยหนึ่งชนิดที่มีองค์ประกอบและคุณสมบัติต่างกัน
ตัวอย่าง:
- การเผาไหม้ของกระดาษทำให้เกิดสารใหม่ เช่น เถ้า ควัน คาร์บอนไดออกไซด์ และไอน้ำ โมเลกุลของกระดาษที่มีออกซิเจนในอากาศจะรวมกันและผ่านการเปลี่ยนแปลงเพื่อสร้างโมเลกุลของสารใหม่เหล่านี้ การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นอย่างถาวรและไม่สามารถย้อนกลับได้ ดังนั้นการเผากระดาษจึงเป็นการเปลี่ยนแปลงทางเคมี
- การหมัก
- การสุกของผลไม้
- การเกิดสนิมของเหล็ก.
ลักษณะการเปลี่ยนแปลงทางเคมี
- การเปลี่ยนแปลงทางเคมีเป็นสิ่งที่ถาวรและไม่สามารถย้อนกลับได้
- ในการเปลี่ยนแปลงทางเคมีจะเกิดสารใหม่ตั้งแต่หนึ่งชนิดขึ้นไปโดยมีองค์ประกอบและคุณสมบัติแตกต่างจากสารเดิม
- มวลของสารที่ผ่านการเปลี่ยนแปลงทางเคมีจะมีการเปลี่ยนแปลง อย่างไรก็ตาม มวลรวมที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมียังคงเท่าเดิม (มวลไม่ได้ถูกสร้างหรือถูกทำลาย)
คำถาม : การทำสมูทตี้ผลไม้รวมโดยใช้เครื่องปั่นเป็นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพหรือการเปลี่ยนแปลงทางเคมีหรือไม่?
ตอบ เป็นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพเนื่องจากรูปร่างและขนาดของผลไม้เปลี่ยนไปแต่องค์ประกอบทางเคมียังคงไม่เปลี่ยนแปลง
ปฏิกริยาเคมี
การเปลี่ยนแปลงทางเคมีเรียกอีกอย่างว่าปฏิกิริยาเคมี ปฏิกิริยาเคมี คือ การเปลี่ยนแปลงของสารเป็นสารใหม่ที่มีเอกลักษณ์ทางเคมีแตกต่างกัน ปฏิกิริยาเคมีจะปล่อยหรือดูดซับความร้อนหรือพลังงานอื่นๆ หรืออาจก่อให้เกิดก๊าซ กลิ่น สี หรือเสียง หากคุณไม่เห็นข้อบ่งชี้เหล่านี้ แสดงว่ามีการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพเกิดขึ้น สารที่ทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกันในปฏิกิริยาเรียกว่า สารตั้งต้น และสารใหม่ที่เกิดจากปฏิกิริยานี้เรียกว่า ผลิตภัณฑ์
ด้านล่างนี้คือปฏิกิริยาเคมีสองปฏิกิริยา (1) ปฏิกิริยาของไฮโดรเจนกับออกซิเจนทำให้เกิดน้ำ ไฮโดรเจนและออกซิเจนเป็นสารตั้งต้นสองตัวและน้ำเป็นผลิตภัณฑ์ (2) ปฏิกิริยาของคาร์บอนกับออกซิเจนเพื่อผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ คาร์บอนและออกซิเจนเป็นสารตั้งต้นสองตัวและคาร์บอนไดออกไซด์เป็นผลิตภัณฑ์
ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงทางเคมีหรือปฏิกิริยาเคมี อะตอมในโมเลกุลของสารตั้งต้นจะจัดเรียงตัวเองใหม่เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ตั้งแต่หนึ่งอย่างขึ้นไป สมการเคมี ใช้เพื่อแสดงปฏิกิริยาเคมีในเชิงสัญลักษณ์
เมื่อแสดงปฏิกิริยาเคมีโดยใช้สัญลักษณ์และสูตรสำหรับสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยา จะเรียกว่าสมการเคมี ตัวอย่าง สมการเคมีของคาร์บอนทำปฏิกิริยากับออกซิเจนแล้วให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
C + O 2 —> CO 2
เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาเคมีที่จะเกิดขึ้น:
- พื้นที่ผิว: อัตราของปฏิกิริยาเคมีจะช้าหากพื้นที่ผิวของสารตั้งต้นมีขนาดเล็ก เนื่องจากจะมีโอกาสสัมผัสระหว่างสารตั้งต้นน้อยกว่า ถ้าพื้นที่ผิวมาก อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น แคลเซียมคาร์บอเนตในรูปผงในห้องปฏิบัติการทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริกเจือจางได้เร็วกว่าก้อนหินปูน
- ตัวเร่งปฏิกิริยา: ตัวเร่งปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาดังนั้นจึงถูกเพิ่มเข้าไปในปฏิกิริยาเพื่อเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยไม่ใช้ในกระบวนการ ตัวอย่างเช่น เอนไซม์ในร่างกายของเราทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเมื่อเร่งอัตราปฏิกิริยาเคมีในเซลล์หรือนอกเซลล์
- ความดัน: ปฏิกิริยาเคมีบางอย่างเกิดขึ้นหลังจากใช้แรงกดเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ในการผลิตแอมโมเนียในกระบวนการผลิตของ Haber อัตราการเกิดปฏิกิริยาระหว่างไนโตรเจนและไฮโดรเจนจะเพิ่มขึ้นโดยใช้ความดันที่สูงมาก
- ความร้อน: ปฏิกิริยาต่าง ๆ จะเกิดขึ้นภายใต้อุณหภูมิที่กำหนดเท่านั้น เมื่อให้ความร้อนแก่สารตั้งต้น สารตั้งต้นจะเข้าสู่ปฏิกิริยา เราใช้หัวเผาหรือจานร้อนในห้องปฏิบัติการเพื่อเพิ่มความเร็วของปฏิกิริยาที่ทำปฏิกิริยาอย่างช้าๆ ที่อุณหภูมิห้อง ในหลายกรณี อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเพียง 10°C จะทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นประมาณสองเท่า
- แสง: แสงยังเป็นปัจจัยหนึ่งที่กระตุ้นอัตราการเกิดปฏิกิริยา และยังมีปฏิกิริยาบางอย่างที่จะเกิดได้เมื่อมีแสงเท่านั้น ตัวอย่างที่ดีที่สุดในที่นี้คือการสังเคราะห์ด้วยแสง ปฏิกิริยาเคมีที่เริ่มต้นด้วยการดูดกลืนแสงในรูปของพลังงานเรียกว่า ปฏิกิริยา โฟโตเคมี
