تغییر شیمیایی عبارت است از جابجایی مجدد مواد شیمیایی که زمانی اتفاق می افتد که یک واکنش شیمیایی اتفاق میافتد. ممکن است در عرض چند نانوثانیه اتفاق بیفتد یا ممکن است چندین دهه طول بکشد تا رخ دهد. و در حالی که برخی تغییرات شیمیایی چشمگیر و آشکار هستند، برخی دیگر به سختی قابل توجه هستند. انواع تغییرات شیمیایی را می توان به دسته های رایج طبقه بندی کرد. همچنین می توانید از انواع مختلف شاخص ها و آزمایش ها برای تعیین تغییرات شیمیایی استفاده کنید.

تفاوت بین تغییرات فیزیکی و شیمیایی چیست؟

تمایز واضح بین تغییرات فیزیکی و تغییرات شیمیایی، بازآرایی اجزای عنصری است. پیوندهای بین عناصر یا گروه های عاملی در یک ترکیب ممکن است با سایر عناصر یا گروه های عاملی شکسته شود یا پیوندهای جدیدی ایجاد کند.

به عنوان مثال، ذوب شدن یخ در آب یک تغییر فیزیکی است زیرا فقط شامل فاز تغییر آب است. این تغییر روی این واقعیت که این ماده هنوز آب است، با یک هیدروژن و دو اتم اکسیژن در هر مولکول، تأثیری ندارد. با وجود اینکه مولکول‌ها موقعیت خود را تغییر دادند و برخی پیوندهای مولکولی شکستند، پیوندهای شیمیایی در هر مولکول حفظ شد.

دسته بندی تغییرات فیزیکی عبارتند از:

• تصعید
• تبخیر
• انحلال
• تبدیل به مایع

از سوی دیگر، اگر یک جریان الکتریکی مستقیم (DC) با استفاده از الکترود از آب عبور کند، گاز اکسیژن و گاز هیدروژن آزاد می شود. این دیگر نشان دهنده یک تغییر فیزیکی نیست، بلکه یک تغییر شیمیایی است، زیرا پیوند بین اجزای عنصری شکسته شده است. در این مثال، یک تغییر شیمیایی از طریق فرآیند الکترولیز، همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است:

وجود دارد پنج دسته اصلی تغییرات شیمیایی:

1. واکنش های تجزیه

الکترولیز آب نمونه ای از تغییرات شیمیایی است که شامل شکستن پیوندهای کووالانسی با استفاده از انرژی الکتریکی است. به این می گویند a تجزیه واکنش. یون های هیدروژن با بار مثبت به آند جذب می شوند، در حالی که یون های اکسیژن با بار منفی به کاتد جذب می شوند. این فرآیند دو عنصر آب را به شکل گازی آنها تقسیم می کند.

البته یکی دیگر از نمونه های رایج واکنش تجزیه، پوسیدگی مواد آلی است. به عنوان مثال، یک لاشه پوسیده دارای مواد شیمیایی آلی پیچیده مانند پروتئین است که به آمونیاک، آب، دی اکسید کربن، سولفید هیدروژن، متان و مواد معدنی کمیاب تجزیه می شود. بنابراین، معادله تعمیم یافته برای واکنش های تجزیه را می توان به صورت زیر نوشت:

AB→A+B

برای جمع بندی، واکنش های تجزیه، تجزیه ترکیبات به اجزای ساده ترشان، معمولاً اجزای عنصری آنهاست.

2. واکنش های ترکیبی

هنگامی که دو عنصر با هم واکنش نشان می دهند و یک ترکیب تشکیل می دهند، به آن واکنش ترکیبی می گویند. در طی این نوع واکنش، پیوندهای شیمیایی جدید تشکیل می شود و انرژی معمولاً به شکل گرما آزاد می شود. واکنش های ترکیبی به دلیل تشکیل مواد جدید به عنوان واکنش های سنتز نیز شناخته می شوند.

معادله شیمیایی تعمیم یافته برای واکنش های ترکیبی را می توان به صورت زیر نوشت:

A+B→AB

نمونه ای از این واکنش واکنش بین سدیم فلز و گاز کلر است که کلرید سدیم یا نمک خوراکی را تشکیل می دهد. این واکنش بسیار گرمازا و خشونت آمیز است و دارای معادله شیمیایی است:

Na+Cl₂→ 2 NaCl

برای نوشتن صحیح معادلات شیمیایی متعادل برای واکنش های ترکیبی، باید عناصری را که در طبیعت به عنوان مولکول های دو اتمی وجود دارند، به خاطر بسپارید که عبارتند از هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن، فلوئور، کلر، برم و ید.

3. واکنش های تک جایگزینی

هنگامی که یک عنصر واکنش پذیرتر جایگزین عنصر مشابه اما کمتر واکنش پذیر در یک ترکیب می شود، به آن واکنش جایگزینی منفرد می گویند. موقعیت یک عنصر در جدول تناوبی پیش بینی کننده است، خواه واکنش پذیرتر باشد یا کمتر از سایر عناصر گروهش. بنابراین، معادله شیمیایی تعمیم یافته برای یک واکنش جایگزینی منفرد را می توان به صورت زیر نوشت:

A+BC→AC+B

نمونه ای از این واکنش فلز منیزیم با محلول آبی نیترات مس (II) است. از آنجایی که منیزیم نسبتاً واکنش پذیرتر از مس است، جایگزین مس موجود در محلول می شود. محصولات به دست آمده نیترات منیزیم آبی و فلز مس جامد هستند، همانطور که در معادله شیمیایی متعادل زیر نشان داده شده است:

Mg_(ها)+ مس (NO₃)_{2 (ق)}→ Mg(NO₃)_{2 (ق)}+ مس_(ها)

انواع مشابهی از واکنش ها بین فلزات و آب یا فلزات و اسید رخ می دهد. با این حال، عنصر جایگزین شده یک نافلز است، مانند واکنش بین آلومینیوم و اسید هیدروکلریک.

4. واکنش های دوگانه جایگزینی

واکنش های دوگانه جایگزینی بین دو ترکیب یونی رخ می دهد. در طی این واکنش‌ها، یون‌های مثبت و منفی با یکدیگر تبادل می‌کنند و دو ترکیب جدید را تشکیل می‌دهند. بنابراین، شکل کلی این نوع واکنش را می توان به صورت زیر نوشت:

AB+CD→AD+CB

در اینجا، A و C نشان دهنده کاتیون های دارای بار مثبت هستند، در حالی که B و D نشان دهنده آنیون های دارای بار منفی هستند. چنین واکنش هایی معمولاً در محلول های آبی رخ می دهد. یکی از محصولات واکنش معمولاً یک رسوب جامد است، اگرچه می تواند یک گاز یا یک ترکیب مولکولی نیز باشد.

رسوبات محصولات جانبی نامحلول یک واکنش جایگزینی مضاعف هستند. اینها زمانی تشکیل می شوند که کاتیون ها و آنیون ها با هم ترکیب می شوند و ترکیبات یونی نامحلول ایجاد می کنند. نمونه ای از این واکنش بین محلول های آبی یدید پتاسیم و نیترات سرب (II) است. معادله شیمیایی متعادل برای این واکنش عبارت است از:

2KI_(ق)+Pb(NO₃)_{2 (ق)}→ 2KNO_{3 (ق)}+PbI_{2 (ها)}

5. واکنش های احتراق

هر واکنش شیمیایی با گاز اکسیژن که انرژی را به صورت گرما و نور آزاد می کند به عنوان a طبقه بندی می شود واکنش احتراق.

یک یا چند محصول از واکنش های احتراق تشکیل می شوند. در حالی که آنها شبیه به واکنش های ترکیبی و جایگزینی هستند، تفاوت اصلی در حضور اکسیژن است. هرگونه سوزاندن سوخت، مانند یک شعله شمع یا آتش چوب، یک واکنش احتراق است. ساده ترین نوع احتراق، واکنش بین گاز هیدروژن و گاز اکسیژن است:

2 ساعت_{2 (گرم)}+O_{2 (گرم)}+2H₂O_(g)

در بسیاری از موارد، مانند سوزاندن سوخت‌های فسیلی در داخل موتور خودرو، احتراق به یک ماشه یا احتراق مانند جرقه الکتریکی برای شروع واکنش نیاز دارد.

علائم تغییر شیمیایی چیست؟

برخی از نشانه های تغییر شیمیایی را می توان به اشتباه به عنوان تغییرات فیزیکی تعبیر کرد و بالعکس.

به عنوان مثال، آزاد شدن انرژی گرمایی نشانه ای از یک واکنش احتراق است، اما همچنین می تواند در نتیجه اصطکاک رخ دهد، زمانی که دو جسم جامد و ناهموار روی هم می لغزند، مانند در مورد سنگ های سنگ چخماق که برای ایجاد آتش استفاده می شوند. .

به طور کلی، با این حال، علائم تغییر شیمیایی شامل موارد زیر است:

• تغییر انرژی: این می تواند گرمازا یا گرمازا باشد
• تغییر رنگ: بسیاری از واکنش ها، مانند واکنش فلز مس با اسید سولفوریک، شامل تغییر رنگ است
• تولید نور: این می تواند یک لومینسانس ظریف یا یک توپ آتشین در اثر انفجار باشد
• تکامل گاز: گاز از ترکیبات می تواند آزاد شود، مانند در مورد الکترولیز آب
• تولید بو: تکامل گازها همچنین می تواند منجر به بوی تند شود
• تشکیل رسوبات: این معمولاً در واکنش‌های جایگزینی مضاعف رخ می‌دهد

آیا تغییرات شیمیایی قابل برگشت هستند؟

از نظر فنی، همه تغییرات شیمیایی از نظر تئوری برگشت پذیر هستند، اما معکوس کردن بسیاری از واکنش ها غیرعملی یا غیرممکن است زیرا به مقدار زیادی انرژی و دقت نیاز دارد.

به عنوان مثال، وقتی یک تخم مرغ را می جوشانید، پروتئین موجود در سفیده و زرده تخم مرغ تحت تأثیر قرار می گیرد. شیمیایی دهطبیعت. این بدان معناست که خواص شیمیایی و ساختار مولکولی پروتئین تخم مرغ از هم گسیخته می شود. این از نظر تئوری برگشت پذیر است، اما با توجه به فناوری فعلی ما تقریباً غیرممکن است. این شبیه به کنار هم قرار دادن تکه های شکسته یک آینه شیشه ای است بدون اینکه حتی یک ترک روی موها باقی بماند.

بنابراین، برای اهداف عملی، بسیاری از تغییرات شیمیایی قابل برگشت نیستند. از سوی دیگر، برخی از واکنش های شیمیایی به راحتی قابل برگشت هستند زمانی که به نقاط اشباع خاصی رسید. یک مثال خوب از این واکنش بیش از حد یون های هیدروژن با یون های بی کربنات است که اسید کربنیک را تشکیل می دهد:

HCO₃^– + اچ⁺ ⇌ اچ₂CO₃

تغییرات شیمیایی در زندگی روزمره

تغییرات شیمیایی در اطراف ما وجود دارد. به واکنش های متابولیک بدنتان مانند تنفس فکر کنید. اساساً، تنفس یک فرآیند آهسته احتراق است که منابع انرژی را می سوزاند، درست مانند گلوکز موجود در خون که توسط سلول ها استفاده می شود.

نمونه های دیگر از تغییرات شیمیایی در زندگی روزمره در پخت و پز است، جایی که استفاده از گرما در اقلامی مانند گوشت، پروتئین موجود در غذا را از بین می برد.

علاوه بر این، هنگامی که در حال رانندگی با ماشین خود هستید، یک واکنش شیمیایی سریع در داخل موتور با سوزاندن سوخت فسیلی رخ می دهد و آن را به دی اکسید کربن، مونوکسید کربن، دوده و بخار آب کاهش می دهد. به طور مشابه، هنگامی که از شمع های معطر یا بخور استفاده می کنید، تغییرات شیمیایی نیز رخ می دهد.

همه اینها در مقایسه با اکسیداسیون آهسته روزمره فلزات، مانند دستگیره های برنجی در خانه شما، واکنش های نسبتا سریعی هستند که ممکن است چندین دهه طول بکشد تا اثرات اکسیداسیون حتی قابل توجه باشد.