Kemijske promjene: što su, karakteristike, pokazatelji i praktični primjeri

transformacija, ovo predstavlja ključni pojam koji određuje snagu promjene koja pokreće evoluciju procesa, u kojoj se određeni elementi kombiniraju dajući nove spojeve. Prije varijacija uočenih u sustavu, koristio se za pribjegavanje strogim terminima kao što su uništavanje i nestajanje, ali nepobitno je načelo da se materija ne stvara, niti uništava, ona se transformira, A to znači da kad se primijeti odsutnost nečega, to znači da je ono postalo dijelom drugog spoja.

Materija je sve što čini tijela, zauzimajući masu i prostor u svemiru. Svaki put kad se nešto dogodi kemijska promjena u tvariU kemijskim promjenama, početne tvari preuređuju svoje atome i veze, što dovodi do novih spojeva s različitim svojstvima. Za razliku od fizičkih promjena, u kojima se mijenja samo stanje ili oblik (na primjer, iz krutog u tekuće stanje), u kemijskoj promjeni se mijenja sastav. unutarnja struktura tvarišto podrazumijeva nove funkcionalnosti, upotrebe i ponašanja.

Kemijske promjene uključuju transformaciju elemenata u nove spojeve koji, unatoč tome što su kombinacija izvornih elemenata, mogu pokazivati ​​potpuno drugačija svojstva. Postoje procesi u kojima je transformacija reverzibilna; to jest, mehaničkom manipulacijom možemo odvojiti i/ili poništiti promjenu kako bismo dobili izvorne elemente (fizička promjena). To nije slučaj s kemijskom promjenom, jer je njezina glavna karakteristika nepovratnost procesaStoga se dobiveni proizvodi ne mogu vratiti u prvobitno stanje pod normalnim uvjetima.

U svakodnevnom životu i u prirodi okruženi smo kemijskim pojavama: izgaranje drvaProbava hrane, fermentacija mlijeka i starenje papira manifestacije su reakcija koje reorganiziraju atome i stvaraju nove tvari. Razumijevanje tih promjena omogućuje nam razumijevanje vitalnih, tehnoloških, industrijskih i okolišnih procesa.

Što je kemijska promjena?

Un kemijska promjenaKemijska reakcija, ili kemijska reakcija, je proces u kojem se jedna ili više početnih tvari (tzv. reagensi) pretvaraju se u jednu ili više različitih tvari (tzv. proizvestiOva transformacija uključuje reorganizacija atoma: određene kemijske veze se prekidaju i nastaju nove, što dovodi do različitih molekula s različitim fizikalnim i kemijskim svojstvima.

Tijekom tih promjena, čestice koje čine materiju (atomi, ioni ili molekule) se preuređuju, ali oni ne nestajuSlijedeći temeljni zakon o očuvanju materije, atomi prisutni u reaktantima ostaju, iako drugačije grupirani, u produktima. Dakle, kada tvar "prestane postojati", u stvarnosti su njezini atomi postali dio produkta. nove tvari.

Vrlo relevantna karakteristika kemijskih promjena jest da su one u većini slučajeva teško preokrenuti ne izravno. Na primjer, kada se komad drva izgori i pretvori u pepeo, ugljikov dioksid i vodenu paru, ne postoji jednostavan proces za oporavak izvornog drva. Međutim, u složenijim sustavima, naknadne kemijske promjene mogu ponovno transformirati proizvode, pokrećući lanac reakcija (kao što se događa u prirodnim biogeokemijskim ciklusima).

Ti su procesi odgovorni za mnoge pojave koje svakodnevno promatramo: od oksidacija željeza iz industrijske proizvodnje plastike, lijekova, gnojiva ili goriva. Kemija, kao znanost, uglavnom je posvećena proučavanju kako se događaju te promjene?, pod kojim su uvjetima najpovoljniji i kako ih iskoristiti na kontroliran način.

Razlika između kemijske promjene i fizičke promjene

Iako oba koncepta opisuju transformacije materije, bitno je jasno razlikovati Fizičke promjene y kemijske promjene ispravno interpretirati pojave koje promatramo.

• Fizička promjena: utječe na stanje agregacije (kruta, tekuća, plinovita) ili na vanjski izgled tvari, ali Ne mijenja svoj kemijski sastavMolekule ostaju iste. Tipični primjeri su topljenje leda u vodu, isparavanje vode u paru ili otapanje soli u vodi. U svim tim slučajevima čestice koje čine tvar ostaju netaknute.
• Kemijska promjena: Tijekom kemijske reakcije, atomi reorganizirati i stvaraju nove veze, čime se mijenja sastav i svojstva tvari. Na primjer, kada željezo oksidira u prisutnosti zraka i vlage, nastaje željezni oksid, tvar koja se razlikuje od izvornog metala i po izgledu i po ponašanju.

U praktičnom smislu, fizička promjena ne uključuje stvaranje novih tvari i obično je reverzibilna relativno lako (poput smrzavanja i odmrzavanja vode). U kemijskoj promjeni nastaju nove tvari, a proces je obično nepovratan u uobičajenim uvjetimaili zahtijeva dodatne složene procese za preokretanje.

Reakcije kemijskih promjena

Svaka kemijska reakcija dovodi do promjena kemijskog tipa u kojoj se reaktanti transformiraju u nove produkte promjenama u njihovoj molekularnoj strukturi i spajanjem njihovih veza. Tvari prisutne prije reakcije nazivaju se reaktanti. reagensii one koje se pojavljuju kasnije, proizvestiTijekom cijelog procesa, atomi se preuređuju bez pojave ili nestanka materije.

Načelo određivanja u kemijskim procesima diktira zakon očuvanja mase Lavoisierov zakon kaže da ukupna masa ostaje konstantna u procesima kemijskih promjena, što znači da se količina mase utrošena u reaktantima mora odraziti na produkte. Drugim riječima, Zbroj masa reaktanata jednak je zbroju masa produkataiako imaju potpuno drugačiji izgled i svojstva.

Kemijske reakcije mogu se klasificirati na različite načine (na primjer, kao kombinacijske, razgradne, istiskivačke, redoks, kiselinsko-bazne, taložne itd.), ali sve dijele središnju ideju preuređenje kemijskih vezaU biološkim okruženjima, reakcije često kataliziraju enzimi i dio su složenih metaboličkih putova; u industriji su procesi osmišljeni kako bi se maksimizirao prinos i smanjio otpad ili nusprodukti.

Nadalje, ove reakcije često uključuju promjene energije: u nekima, oslobađa energiju u obliku topline, svjetlosti ili električne energije (egzotermne reakcije), dok je u drugima apsorbira energiju okoline (endotermne reakcije). Ova varijacija povezana je s relativnom stabilnošću reaktanata i produkata te s reorganizacijom kemijskih veza tijekom reakcije.

Čimbenici koji utječu na kemijske promjene

Karakteristike produkata dobivenih kemijskim promjenama ovise o raznim čimbenicima koji određuju brzinu, opseg i vrstu reakcije koja se može dogoditi. Među najvažnijim čimbenicima su:

Broj atoma: Broj atoma prisutnih u svakom spoju odlučujuće utječe na konačni produkt, jer određuje broj poveznica i njihovu prirodu, kao i izravan utjecaj na molekularnu strukturu novog spoja. Na primjer, ako element ugljik, s dva valentna atoma, reagira s kisikom (koji je dvovalentan), rezultat te reakcije bit će ugljikov monoksid (CO), otrovni plin. S druge strane, ako uzmemo u obzir isti scenarij, ali ovaj put s elementom ugljik koji ima valenciju četiri, rezultat reakcije bit će ugljikov dioksid (CO₂).2), koji je vitalni plin u procesima kao što su fotosinteza i disanjeMala promjena u udjelu atoma stoga može dovesti do tvari s vrlo različitim učincima na živa bića i okoliš.

temperatura: Mnogi ga smatraju odlučujućim faktorom u razvoju reakcije, budući da određena količina energija aktivacije za pokretanje procesa. Povećanje temperature dovodi do povećanja brzina reakcijeBez obzira je li reakcija egzotermna ili endotermna, to je zato što se s porastom temperature povećava broj molekula s energijom jednakom ili većom od energije aktivacije, čime se povećava i broj efektivnih sudara između atoma ili molekula.

Sila privlačenja i odbijanja: To je fizička veličina, poznata i kao električno punjenjeOvo svojstvo određuje sile koje privlače ili odbijaju spojeve, uzimajući u obzir njihova električna i magnetska polja. Utječe na to koliko lako kemijske vrste mogu dijeliti, dobivati ​​ili gubiti elektrone, a time i na stvaranje ionskih ili kovalentnih veza. Na taj način, sposobnost materije da... interagiraju s drugim česticama i, u određenim procesima, izmjenjuju energiju putem zračenja ili elektromagnetske interakcije (na primjer, emisija ili apsorpcija fotona u specifičnim pojavama).

Koncentracija: Koncentracija elemenata koji sudjeluju odlučujući je faktor u nastanku reakcije, budući da veća koncentracija znači veći vjerojatnost sudara između reaktivnih čestica. U vrlo razrijeđenim otopinama molekule su udaljenije jedna od druge i reakcija je obično sporija; u koncentriranim otopinama sudari su češći i transformacija je ubrzana.

Tome se mogu dodati i drugi čimbenici, kao što je prisutnost katalizatori (tvari koje ubrzavaju reakciju bez trošenja), tlak (osobito u plinovitim reakcijama), površina kontakta između čvrstih reaktanata i specifična priroda otapala. Kontroliranjem svega navedenog moguće je osmisliti optimalne uvjete u prirodnim procesima, industrijskim i laboratorijskim primjenama.

Karakteristike kemijskih promjena

Kemijske promjene dijele niz zajedničkih značajki koje nam pomažu da ih identificiramo i razlikujemo od fizičkih promjena. Među njihovim glavnim karakteristikama su:

• Sin nepovratan U većini slučajeva to znači da nakon što se reagensi kombiniraju u nove proizvode, nemoguće ih je razdvojiti na njihove izvorne komponente jednostavnim ili uobičajenim fizikalnim metodama.
• Modifikacija je molekularna struktura sudjelujućih vrsta putem njihove kombinacije; to uključuje prekid i stvaranje novih kemijskih veza.
• Oni zahtijevaju, a zauzvrat mogu oslobađanje energijeSvaka kemijska reakcija uključuje izmjenu energije s okolinom, bilo apsorpcijom ili oslobađanjem topline, svjetlosti ili električne energije.
• La ukupna masa ostaje konstantna, prema zakonu o očuvanju mase: zbroj masa reaktanata jednak je zbroju masa produkata.
• Do promjene dolazi u karakteristična svojstva materijalaTalište, vrelište, topljivost, gustoća, boja i miris mogu se znatno promijeniti kada se stvaraju nove tvari.
• U mnogim slučajevima, kemijske promjene se manifestiraju kroz vidljivi efekti kao što su stvaranje mjehurića, taloga, promjena boje, emisija svjetlosti ili topline ili stvaranje karakterističnih mirisa.

Pokazatelji da je došlo do kemijske promjene

Kako bismo prepoznali kada svjedočimo kemijskoj promjeni, moramo uzeti u obzir niz čimbenika. pokazatelji kemijskih promjena Temelje se na signalima koji se mogu opaziti putem osjetila ili jednostavnim mjerenjima:

• Prisutnost taloga ili taloga: Kada se dvije tvari pomiješaju, možemo znati da je došlo do reakcije ako primijetimo prisutnost taloga na dnu ili krute tvari u suspenziji, što znači da su neke od nastalih novih tvari netopiv u sredini. Ovo stvaranje taloga je uobičajeno u reakcijama između otopina soli.
• Promjena boje: Bez obzira dodajemo li indikator u smjesu ili jednostavno kombiniramo reaktante, uobičajeno je primijetiti, kada dođe do kemijskih promjena, promjena početne boje spoja. Ova promjena ukazuje na pojavu novih kemijskih vrsta s različitim interakcijama sa svjetlošću.
• Razvoj plina: Produkti reakcija često sadrže plinove koji se ispuštaju u okoliš, kao što je uočeno mjehurić ili pjenušanje. Stvaranje ugljikovog dioksida, vodika ili drugih plinova jasan je znak da je došlo do reakcije, kao na primjer kada se bikarbonat pomiješa s kiselinom.
• Promjene u osnovnim svojstvima: Drugi način potvrde da je došlo do kemijske promjene je mjerenje svojstava kao što su kiselost ili bazičnost (pH)Miris, magnetska ili električna svojstva. Promjena u njima određuje stvaranje novog produkta. U vodenim otopinama, na primjer, značajna promjena pH vrijednosti obično ukazuje na to da su H+ ioni potrošeni ili proizvedeni.⁺ u OH^-.
• Apsorpcija ili otpuštanje topline: Lako mjerljivo kao spontana promjena temperature smjese. Ako se pri kombiniranju tvari smjesa... grije ili hladi bez primjene vanjske topline, to je pokazatelj da kemijska reakcija oslobađa ili apsorbira energiju.
• Emisija svjetlosti ili zvuka: U nekim reakcijama, posebno u izgaranja ili eksplozija, opaža se izravna emisija svjetlosti (plamen, iskre) ili zvuka (eksplozije, pucketanje), što odražava intenzivne energetske promjene povezane s nastankom novih proizvoda.

Svi ovi pokazatelji, uzeti zajedno, omogućuju nam da s priličnom pouzdanošću utvrdimo odgovara li opaženi fenomen kemijskoj promjeni ili jednostavnoj fizičkoj promjeni.

Primjeri kemijskih promjena

Kemijske promjene događaju se u kuhinji, u biološkim procesima, u industriji, u okolišu i u brojnim svakodnevnim predmetima. U nastavku su navedeni neki značajni primjeri koji ilustriraju različite situacije u kojima se tvar kemijski transformira:

1. La pretvorba drva ili papira u pepeo kada se izloži izvoru topline. To je reakcija izgaranja u kojoj organske komponente reagiraju s kisikom iz zraka, stvarajući ugljikov dioksid, vodenu paru i krute mineralne ostatke.
2. La probava hraneOvaj proces uključuje transformaciju složenih elemenata u jednostavnije oblike, omogućujući organizmu da dobije potrebne hranjive tvari. Enzimi u ovom procesu kataliziraju razgradnju i sintezu biomolekula.
3. Mješavina sastojaka za pravljenje kruhai njegovo naknadno pečenje. Fermentacija kvasaca stvara ugljikov dioksid koji je zarobljen u tijestu, a toplina uzrokuje reakcije poput Maillardove reakcije između šećera i proteina, odgovorne za zlatnu boju i karakterističnu aromu kruha.
4. La pretvorba vina u ocat, zbog djelovanja octnih bakterija koje oksidiraju etanol prisutan u vinu kako bi proizvele octenu kiselinu, mijenjajući okus, miris i kiselost pića.
5. La fermentacija mlijeka za proizvodnju jogurtaOdređene bakterije pretvaraju laktozu u mliječnu kiselinu, što smanjuje pH, zgušnjava mlijeko i daje jogurtu karakterističan kiseli okus.
6. La transformacija kisika u ugljikov dioksid, u izmjeni proizvedenoj u krvi u plućnim alveolama, povezanoj sa staničnim disanjem i složenim oksidacijsko-redukcijskim reakcijama u stanicama.
7. El žutilo papira Tijekom vremena, zbog oksidacije lignina i drugih organskih komponenti, kisik se veže i modificira, mijenjajući boju, otpornost i teksturu.
8. La oksidacija željeza Kada je izložen zraku i vlazi, stvara željezni oksid (hrđu) crvenkastosmeđe boje i mehaničkih svojstava različitih od izvornog metala.
9. La proizvodnja jogurta ili sira iz mlijeka djelovanjem bakterija i enzima koji transformiraju šećere, proteine ​​i masti, stvarajući nove spojeve sa specifičnim okusom, teksturom i nutritivnom vrijednošću.
10. El pečenje kolačagdje se odvija više reakcija: oslobađanje plinova kvascima ili prašcima za pecivo, posmeđivanje karamelizacijom šećera i reakcije između proteina i ugljikohidrata koje stvaraju aromatske spojeve.

Ovi primjeri pokazuju da su kemijske promjene bitne za vitalne procese, za proizvodnju hrane, za funkcioniranje tehnoloških uređaja i za razumijevanje svakodnevnih prirodnih pojava.

Razumijevanje što su kemijske promjene, njihove Glavne značajke, što pokazatelji dopustite nam da ih prepoznamo i što primjeri Opažaju se u našem okruženju, što olakšava dublje tumačenje materijalne stvarnosti koja nas okružuje i svjesno iskorištavanje ogromnog potencijala kemijskih reakcija u svakodnevnom životu, znanosti i industriji.