Perubahan kimia: apakah itu, ciri-ciri, penunjuk dan contoh praktikal

TransformasiIni merupakan istilah utama yang menentukan kekuatan perubahan yang menggerakkan evolusi proses, di mana unsur-unsur tertentu bergabung untuk menimbulkan sebatian baru. Sebelum variasi yang diamati dalam sistem, sistem ini digunakan untuk menggunakan istilah yang ketat seperti pemusnahan dan penghilangan, tetapi prinsip yang tidak dapat disangkal adalah bahawa perkara tidak diciptakan, juga tidak dihancurkan, ia berubah, Dan ini bermaksud bahawa apabila ketiadaan sesuatu diperhatikan, ini bermakna ia menjadi sebahagian daripada kompaun lain.

Jirim ialah segala-galanya yang membentuk jasad, menduduki jisim dan ruang di alam semesta. Setiap kali sesuatu berlaku perubahan kimia dalam jirimDalam perubahan kimia, bahan awal menyusun semula atom dan ikatannya, lalu menghasilkan sebatian baharu dengan sifat yang berbeza. Tidak seperti perubahan fizikal, di mana hanya keadaan atau bentuk yang diubah (contohnya, daripada pepejal kepada cecair), dalam perubahan kimia, komposisi diubah suai. struktur dalaman bahanyang melibatkan fungsi, kegunaan dan tingkah laku baharu.

Perubahan kimia melibatkan transformasi unsur menjadi sebatian baharu, yang, walaupun merupakan gabungan unsur asal, boleh mempamerkan sifat yang sama sekali berbeza. Terdapat proses di mana transformasi boleh diterbalikkan; iaitu, melalui manipulasi mekanikal kita boleh memisahkan dan/atau membalikkan perubahan untuk mendapatkan unsur asal (perubahan fizikal). Ini tidak berlaku dengan perubahan kimia, kerana ciri utamanya ialah ketakbolehbalikan prosesOleh itu, produk yang diperoleh tidak dapat dikembalikan kepada unsur asalnya dalam keadaan normal.

Dalam kehidupan seharian dan dalam alam semula jadi, kita dikelilingi oleh fenomena kimia: pembakaran kayuPencernaan makanan, penapaian susu dan penuaan kertas semuanya merupakan manifestasi tindak balas yang menyusun semula atom dan menghasilkan bahan baharu. Memahami perubahan ini membolehkan kita memahami proses penting, teknologi, perindustrian dan alam sekitar.

Apakah perubahan kimia?

Un perubahan kimiaTindak balas kimia, atau tindak balas kimia, ialah proses di mana satu atau lebih bahan permulaan (dipanggil reagen) diubah menjadi satu atau lebih bahan yang berbeza (dipanggil produkTransformasi ini melibatkan penyusunan semula atom: ikatan kimia tertentu diputuskan dan ikatan baharu terbentuk, lalu menghasilkan molekul berbeza dengan sifat fizikal dan kimia yang berbeza.

Semasa perubahan ini, zarah-zarah yang membentuk jirim (atom, ion atau molekul) disusun semula, tetapi mereka tidak hilangMengikuti hukum asas pemuliharaan jirim, atom-atom yang terdapat dalam bahan tindak balas kekal, walaupun dikumpulkan secara berbeza, dalam hasil darab. Oleh itu, apabila sesuatu bahan "tidak lagi wujud," sebenarnya atom-atomnya telah menjadi sebahagian daripada hasil darab tersebut. bahan baharu.

Satu ciri yang sangat relevan bagi perubahan kimia ialah, dalam kebanyakan kes, ia adalah sukar untuk diterbalikkan bukan secara langsung. Contohnya, apabila sebatang kayu dibakar dan bertukar menjadi abu, karbon dioksida dan wap air, tiada proses mudah untuk mendapatkan semula kayu asal. Walau bagaimanapun, dalam sistem yang lebih kompleks, perubahan kimia berikutnya boleh mengubah produk tersebut sekali lagi, mencetuskan rantaian tindak balas (seperti yang berlaku dalam kitaran biogeokimia alam semula jadi).

Proses-proses ini bertanggungjawab terhadap banyak fenomena yang kita perhatikan setiap hari: daripada pengoksidaan besi daripada pengeluaran industri plastik, ubat-ubatan, baja atau bahan api. Kimia, sebagai sains, sebahagian besarnya dikhaskan untuk mengkaji bagaimana perubahan ini berlaku, dalam keadaan apakah ia paling sesuai dan cara untuk memanfaatkannya secara terkawal.

Perbezaan antara perubahan kimia dan perubahan fizikal

Walaupun kedua-dua konsep menggambarkan transformasi jirim, adalah penting untuk membezakan dengan jelas antara Perubahan fizikal y perubahan kimia untuk mentafsir fenomena yang kita perhatikan dengan betul.

Perubahan fizikal: mempengaruhi keadaan pengagregatan (pepejal, cecair, gas) atau kepada rupa luaran bahan itu, tetapi Ia tidak mengubah komposisi kimianyaMolekul-molekulnya kekal sama. Contoh tipikal ialah pencairan ais ke dalam air, penyejatan air menjadi wap, atau pelarutan garam dalam air. Dalam semua kes ini, zarah-zarah yang membentuk bahan tersebut kekal utuh.
Perubahan kimia: Semasa tindak balas kimia, atom menyusun semula dan membentuk ikatan baharu, sekali gus mengubah komposisi dan sifat bahan tersebut. Contohnya, apabila besi teroksida dengan kehadiran udara dan kelembapan, oksida besi terbentuk, sejenis bahan yang berbeza daripada logam asal dari segi rupa dan kelakuan.

Secara praktikal, perubahan fizikal tidak melibatkan pembentukan bahan baharu dan biasanya boleh balik dengan agak mudah (seperti pembekuan dan pencairan air). Dalam perubahan kimia, bahan baharu terbentuk, dan prosesnya biasanya tidak dapat dipulihkan dalam keadaan biasaatau memerlukan proses kompleks tambahan untuk diterbalikkan.

Reaksi perubahan kimia

Setiap tindak balas kimia membawa kepada perubahan jenis kimia di mana bahan tindak balas diubah menjadi produk baharu melalui perubahan dalam struktur molekulnya dan penyambungan ikatannya. Bahan yang terdapat sebelum tindak balas dipanggil bahan tindak balas. reagendan yang muncul kemudian, produkSepanjang proses tersebut, atom-atom menyusun semula diri mereka tanpa jirim muncul atau hilang.

Prinsip penentu dalam proses kimia ditentukan oleh undang-undang pemuliharaan jisim Hukum Lavoisier menyatakan bahawa jumlah jisim kekal malar dalam proses perubahan kimia, yang bermaksud bahawa jumlah jisim yang digunakan dalam bahan tindak balas mesti dicerminkan dalam hasil tindak balas. Dalam erti kata lain, Jumlah jisim bahan tindak balas adalah sama dengan jumlah jisim hasil tindak balaswalaupun mereka mempunyai rupa dan sifat yang sama sekali berbeza.

Tindak balas kimia boleh dikelaskan dalam pelbagai cara (contohnya, sebagai gabungan, penguraian, anjakan, redoks, asid-bes, pemendakan, dll.), tetapi semuanya berkongsi idea utama tentang penyusunan semula ikatan kimiaDalam persekitaran biologi, tindak balas sering dimangkinkan oleh enzim dan merupakan sebahagian daripada laluan metabolik yang kompleks; dalam industri, proses direka bentuk untuk memaksimumkan hasil dan meminimumkan sisa atau hasil sampingan.

Tambahan pula, tindak balas ini sering melibatkan perubahan tenaga: dalam sesetengahnya, melepaskan tenaga dalam bentuk haba, cahaya atau elektrik (tindak balas eksotermik), manakala dalam bentuk lain ia menyerap tenaga persekitaran (tindak balas endotermik). Variasi ini dikaitkan dengan kestabilan relatif bahan tindak balas dan hasil tindak balas, dan penyusunan semula ikatan kimia semasa tindak balas.

Faktor-faktor yang mempengaruhi perubahan kimia

Ciri-ciri produk yang diperoleh daripada perubahan kimia bergantung kepada pelbagai faktor yang menentukan kadar, tahap dan jenis tindak balas yang boleh berlaku. Antara faktor yang paling penting ialah:

Bilangan atom: Bilangan atom yang terdapat dalam setiap sebatian mempengaruhi hasil akhir dengan tegas, kerana ia menentukan bilangan pautan dan sifatnya, serta mempengaruhi secara langsung struktur molekul sebatian baharu. Contohnya, jika unsur karbon, dengan dua atom valens, bertindak balas dengan oksigen (yang divalen), hasil tindak balas tersebut ialah karbon monoksida (CO), sejenis gas toksik. Sebaliknya, jika kita mempertimbangkan senario yang sama, tetapi kali ini dengan unsur karbon yang mempunyai valens empat, hasil tindak balas tersebut ialah karbon dioksida (CO₂).2), yang merupakan gas penting dalam proses seperti fotosintesis dan bernafasOleh itu, perubahan kecil dalam perkadaran atom boleh menimbulkan bahan dengan kesan yang sangat berbeza terhadap makhluk hidup dan alam sekitar.

Suhu: Ramai yang menganggapnya sebagai faktor penentu dalam perkembangan tindak balas, kerana sejumlah tertentu tenaga pengaktifan untuk memulakan proses tersebut. Peningkatan suhu bermaksud peningkatan dalam kadar tindak balasTidak kira sama ada tindak balas itu eksotermik atau endotermik, ini kerana, apabila suhu meningkat, bilangan molekul dengan tenaga yang sama atau lebih besar daripada tenaga pengaktifan meningkat, sekali gus meningkatkan bilangan perlanggaran berkesan antara atom atau molekul.

Daya tarikan dan tolakan: Ia merupakan kuantiti fizik, juga dikenali sebagai cas elektrikSifat ini menentukan daya yang menarik atau menolak sebatian, dengan mengambil kira medan elektrik dan magnetnya. Ia mempengaruhi betapa mudahnya spesies kimia boleh berkongsi, mendapatkan atau kehilangan elektron, dan oleh itu, pembentukan ikatan ionik atau kovalen. Dengan cara ini, keupayaan jirim untuk... berinteraksi dengan zarah-zarah lain dan, dalam proses tertentu, pertukaran tenaga melalui sinaran atau interaksi elektromagnet (contohnya, pancaran atau penyerapan foton dalam fenomena tertentu).

Kepekatan: Kepekatan unsur-unsur yang terlibat merupakan faktor penentu dalam berlakunya tindak balas, kerana kepekatan yang lebih tinggi bermakna kepekatan yang lebih besar kebarangkalian perlanggaran antara zarah reaktif. Dalam larutan yang sangat cair, molekul-molekul berada lebih jauh jaraknya dan tindak balas biasanya lebih perlahan; dalam larutan pekat, perlanggaran lebih kerap dan transformasi dipercepatkan.

Faktor-faktor lain boleh ditambah kepada faktor-faktor ini, seperti kehadiran pemangkin (bahan yang mempercepatkan tindak balas tanpa dimakan), tekanan (terutamanya dalam tindak balas gas), luas permukaan sentuhan antara bahan tindak balas pepejal dan sifat khusus pelarut. Mengawal semua ini membolehkan reka bentuk keadaan optimum dalam kedua-dua proses semula jadi dan aplikasi perindustrian dan makmal.

Ciri-ciri perubahan kimia

Perubahan kimia berkongsi beberapa ciri umum yang membantu kita mengenal pasti dan membezakannya daripada perubahan fizikal. Antara ciri utamanya ialah:

Kesimpulan tidak dapat dipulihkan Dalam kebanyakan kes, ini bermakna sebaik sahaja reagen digabungkan menjadi produk baharu, adalah mustahil untuk memisahkannya kepada komponen asalnya menggunakan kaedah fizikal yang mudah atau biasa.
Pengubahsuaian itu ialah struktur molekul spesies yang mengambil bahagian melalui gabungan mereka; ini melibatkan pemecahan dan pembentukan ikatan kimia baharu.
Mereka memerlukan, dan seterusnya mereka boleh melepaskan tenagaSetiap tindak balas kimia melibatkan pertukaran tenaga dengan persekitaran, sama ada dengan menyerap atau melepaskan haba, cahaya atau tenaga elektrik.
La jumlah jisim kekal malar, mengikut hukum pemuliharaan jisim: jumlah jisim bahan tindak balas adalah sama dengan hasil darab.
Perubahan berlaku dalam sifat-sifat khas bahan tersebutTakat lebur, takat didih, keterlarutan, ketumpatan, warna dan bau boleh berubah dengan ketara apabila bahan baharu terbentuk.
Dalam banyak kes, perubahan kimia menunjukkan dirinya melalui kesan yang boleh dilihat seperti pembentukan buih, mendakan, perubahan warna, pancaran cahaya atau haba, atau penghasilan bau yang tersendiri.

Petunjuk bahawa perubahan kimia telah berlaku

Untuk membezakan bila kita menyaksikan perubahan kimia, berikut adalah beberapa faktor yang mesti dipertimbangkan. penunjuk perubahan kimia Ia berdasarkan isyarat yang boleh diperhatikan melalui deria atau melalui pengukuran mudah:

Kehadiran sedimen atau mendakan: Apabila dua bahan dicampurkan, kita dapat mengetahui bahawa tindak balas telah berlaku jika kita perasan kehadiran sedimen di bahagian bawah atau bahan pepejal dalam ampaian, yang bermaksud bahawa sebahagian daripada bahan baharu yang terbentuk adalah tidak larut di tengah. Pembentukan mendakan ini adalah perkara biasa dalam tindak balas antara larutan garam.
Perubahan warna: Sama ada kita menambah penunjuk kepada campuran atau sekadar menggabungkan bahan tindak balas, adalah perkara biasa untuk diperhatikan, apabila perubahan kimia berlaku, perubahan warna awal sebatian tersebut. Perubahan ini menunjukkan kemunculan spesies kimia baharu dengan interaksi berbeza dengan cahaya.
Evolusi gas: Selalunya, hasil tindak balas mengandungi gas yang dilepaskan ke persekitaran, seperti yang diperhatikan gelembung atau efervesen. Penghasilan karbon dioksida, hidrogen atau gas lain merupakan tanda jelas bahawa tindak balas telah berlaku, seperti apabila bikarbonat dicampurkan dengan asid.
Perubahan sifat asas: Satu lagi cara untuk mengesahkan bahawa perubahan kimia telah berlaku adalah dengan mengukur sifat-sifat seperti keasidan atau kebasaan (pH)Bau, sifat magnet atau elektrik. Perubahan dalam hal ini menentukan pembentukan produk baharu. Dalam larutan akueus, sebagai contoh, perubahan ketara dalam pH biasanya menunjukkan bahawa ion H+ telah dimakan atau dihasilkan.⁺ u OH^-.
Penyerapan haba atau pelepasan: Mudah diukur sebagai perubahan spontan dalam suhu campuran. Jika, semasa menggabungkan bahan, campuran... memanaskan atau menyejukkan tanpa penggunaan haba luaran, ia merupakan petunjuk bahawa tindak balas kimia sedang melepaskan atau menyerap tenaga.
Pelepasan cahaya atau bunyi: Dalam beberapa reaksi, terutamanya dalam pembakaran atau letupan, pancaran langsung cahaya (api, percikan api) atau bunyi (letupan, bunyi berderak) diperhatikan, yang mencerminkan perubahan tenaga yang kuat yang berkaitan dengan pembentukan produk baharu.

Semua penunjuk ini, jika diambil bersama, membolehkan kita mengenal pasti dengan kebolehpercayaan yang tinggi sama ada fenomena yang diperhatikan sepadan dengan perubahan kimia atau perubahan fizikal yang mudah.

Contoh Perubahan Kimia

Perubahan kimia berlaku di dapur, dalam proses biologi, dalam industri, dalam persekitaran dan dalam pelbagai objek harian. Berikut adalah beberapa contoh penting yang menggambarkan situasi berbeza di mana jirim mengalami transformasi kimia:

La transformasi kayu atau kertas menjadi abu apabila terdedah kepada sumber haba. Ia merupakan tindak balas pembakaran di mana komponen organik bertindak balas dengan oksigen dari udara, menghasilkan karbon dioksida, wap air dan sisa mineral pepejal.
La pencernaan makananProses ini melibatkan transformasi unsur kompleks kepada bentuk yang lebih ringkas, membolehkan organisma memperoleh nutrien yang diperlukan. Enzim memangkinkan penguraian dan sintesis biomolekul dalam proses ini.
Campuran bahan-bahan untuk membuat rotidan pembakaran berikutnya. Penapaian yis menghasilkan karbon dioksida yang terperangkap dalam doh, dan haba menyebabkan tindak balas seperti tindak balas Maillard antara gula dan protein, yang bertanggungjawab untuk warna keemasan dan aroma roti yang tersendiri.
La transformasi wain menjadi cuka, disebabkan oleh tindakan bakteria asetik yang mengoksidakan etanol yang terdapat dalam wain untuk menghasilkan asid asetik, sekali gus mengubah rasa, bau dan keasidan minuman tersebut.
La penapaian susu untuk menghasilkan yogurtBakteria tertentu mengubah laktosa menjadi asid laktik, yang mengurangkan pH, memekatkan susu, dan memberikan yogurt rasa berasid yang tersendiri.
La transformasi oksigen kepada karbon dioksida, dalam pertukaran yang dihasilkan dalam darah dalam alveoli pulmonari, yang berkaitan dengan respirasi selular dan tindak balas pengoksidaan-penurunan kompleks dalam sel.
El kekuningan kertas Lama-kelamaan, disebabkan oleh pengoksidaan lignin dan komponen organik lain yang menggabungkan oksigen dan mengubah ikatannya, mengubah warna, rintangan dan tekstur.
La pengoksidaan besi Apabila terdedah kepada udara dan kelembapan, ia membentuk oksida besi (karat) dengan warna coklat kemerahan dan sifat mekanikal yang berbeza daripada logam asal.
La pengeluaran yogurt atau keju daripada susu melalui tindakan bakteria dan enzim yang mengubah gula, protein dan lemak, menghasilkan sebatian baharu dengan rasa, tekstur dan nilai pemakanan yang khusus.
El membakar kektempat pelbagai tindak balas berlaku: pembebasan gas oleh yis atau serbuk penaik, pencoklatan melalui karamelisasi gula dan tindak balas antara protein dan karbohidrat yang menghasilkan sebatian aromatik.

Contoh-contoh ini menunjukkan bahawa perubahan kimia adalah penting untuk proses penting, untuk pengeluaran makanan, untuk fungsi peranti teknologi dan untuk memahami fenomena semula jadi setiap hari.

Memahami apa itu perubahan kimia, Ciri-ciri utama, apa penunjuk membolehkan kita mengenali mereka dan apa yang contoh Ia diperhatikan dalam persekitaran kita, menjadikannya lebih mudah untuk mentafsir realiti material yang mengelilingi kita dengan lebih mendalam dan secara sedar memanfaatkan potensi tindak balas kimia yang sangat besar dalam kehidupan seharian, dalam sains dan dalam industri.