ZMIANY CHEMICZNE: CHARAKTERYSTYKA, PRZYKŁADY, RODZAJE - CHEMIA - 2025

Zmiany chemiczne to zmiany, które zachodzą w substancjach lub materii w wyniku reakcji chemicznych. Charakteryzują się nieodwracalnością, ponieważ wiążą się z tworzeniem się nowych wiązań, które wymagają energii lub innych reakcji, aby odwrócić ich skutki.

Na przykład życie i jego biochemia składają się na ciągłe zmiany chemiczne, które ujawniają niezliczone reakcje zachodzące w żywych istotach. Rezultatem jest wzrost, rozwój i starzenie się tkanek roślinnych i zwierzęcych; że jak powszechnie wiadomo, naukowo i termodynamicznie, jest to proces nieodwracalny.

Przykładem zmiany chemicznej jest zmiana koloru liści jesienią. Źródło: Jake Colvin przez Pexels.

Dlatego u żywych stworzeń, od bezkręgowców po kręgowce, znajdujemy zmiany chemiczne nawet podczas spożywania ich pożywienia, ponieważ wykorzystują one reakcje enzymatyczne, aby je zdegradować i wykorzystać energię i materiał chemiczny, który z nich wydobywają.

Jak rozpoznać zmiany chemiczne?

Przykład zmiany chemicznej

Jedną z głównych cech umożliwiających rozpoznanie ich w naturze jest obserwacja, czy występuje zmiana koloru lub czy powstaje określony zapach. Tak więc w porach roku docenia się, jak drzewa stopniowo zaczynają zmieniać kolor swoich liści; w nich chlorofil i jego naturalne barwniki ulegają reakcjom chemicznym.

Bardzo wyraźnym przykładem przemiany chemicznej jest zaczerwienienie liści jesienią. Łącząc to z życiem, ośmiornice i kameleony kamuflują się dzięki serii reakcji chemicznych, które obejmują komórki ich skóry; ale w przeciwieństwie do liści mogą odwracać zmiany koloru poprzez inne reakcje, które „dezaktywują” kamuflaż.

Jednak różne kolory nieba i chmur nie są wynikiem zmian chemicznych, ale fizycznych: rozpraszania Raleigha. Tymczasem wybielanie ubrań i usuwanie ich plam, a także barwienie ubrań barwnikami to przemiany chemiczne.

cechy

Wspomniano, że zmiana koloru i zapachu to dwie główne cechy charakterystyczne zmiany chemicznej, w związku z czym wystąpiło zjawisko obejmujące jedną lub wiele reakcji chemicznych.

Następnie zostaną omówione inne ważne cechy, które pozwalają nam wykryć to bezpośrednio za pomocą naszych zmysłów. Im więcej cech można dostrzec, tym bardziej prawdopodobne jest, że mamy do czynienia ze zmianą chemiczną, a nie fizyczną.

Zmiana temperatury lub uwolnienie światła

Przemianie chemicznej towarzyszy wzrost (reakcja egzotermiczna) lub spadek (reakcja endotermiczna) temperatury; to znaczy, jeśli wytwarzane jest ciepło lub, przeciwnie, uzyskuje się odpowiednio uczucie zimna. Czasami wydzielanie ciepła następuje równolegle z pojawieniem się światła.

Tworzenie się gazu

Powstawanie gazów jest bezpośrednio związane ze zmianami zapachów. Jeśli w ciekłym medium utworzy się gaz, zaobserwuje się bąbelkowanie, wskazujące na zmianę chemiczną.

Wynika to z faktu, że istnieją cząsteczki o wysokim ciśnieniu pary, które są łatwo przenoszone przez powietrze lub uwalniane są małe cząsteczki, takie jak CO ₂ , H ₂ S, CH ₄ , O ₂ , które są produktami końcowymi pewne reakcje.

Tworzenie osadu

Jeśli reakcje zachodzą w ciekłym ośrodku i zaczyna się obserwować tworzenie się osadu, niezależnie od jego koloru lub tekstury, mówi się, że nastąpiła zmiana chemiczna. Może tak być również w przypadku, gdy dwa gazy mieszają się i tworzą popioły lub sole.

Nieodwracalność

Chociaż prawdą jest, że istnieją odwracalne reakcje zdolne do ustanowienia równowagi, zmiany generowane przez same opisane dotychczas cechy są nieodwracalne; Potrzebują innych reakcji lub jakiejkolwiek energii, aby interweniować, aby ich skutki zostały odwrócone. A jednak w wielu przypadkach jest to praktycznie niemożliwe.

Tę nieodwracalność obserwuje się przy zmianie składu lub pogorszeniu stanu materii. Na przykład drzewo, które płonie w płomieniach i kończy w popiele, którego ostateczny skład różni się od składu drzewa, nie będzie w stanie w żaden sposób odwrócić zmiany chemicznej, która nastąpiła; Chyba że można cofnąć czas

Rodzaje

Same zmiany chemiczne nie podlegają żadnej klasyfikacji: są postrzegane naszymi zmysłami i można wywnioskować lub zbadać, jakie rodzaje zachodzą. Zatem takie zmiany są spowodowane grupą reakcji nieorganicznych, organicznych lub biochemicznych.

Mówiąc o nieorganicznych „zmianach”, mówi się, że nie jest to zaangażowany żaden związek szkieletowy węgla, ale raczej wszystkie kompleksy metali przejściowych; tlenki, siarczki, wodorki, azotki, chlorowce i inne związki.

Tymczasem związki dwutlenku węgla uczestniczą w przemianach organicznych i biochemicznych, z tą różnicą, że te pierwsze zwykle zachodzą poza organizmami (poza reakcjami leków), a drugie w ich obrębie (w odniesieniu do enzymów). , metabolizm, biocząsteczki).

Przykłady

Żółknięcie papierów

Z czasem fałdy papieru żółkną. Źródło: makamuki0 przez Pixabay.

Papiery z czasem tracą białość i stają się żółtawe lub brązowe. Proces ten jest wynikiem utleniania jego polimerów, zwłaszcza ligniny, która wraz z celulozą zawiera atomy tlenu, osłabiając ich interakcje międzycząsteczkowe.

Fajerwerki

Fajerwerki reprezentują reakcję spalania, w której mieszanina propelentów, azotanu potasu, węgla i siarki spala się, pobudzając elektronicznie sole metali, które zabarwiają powstałe eksplozje.

Ubytki

Próchnica powoduje zmianę koloru zębów w wyniku ich demineralizacji, spowodowanej przez kwasy powstające podczas trawienia sacharozy z pożywienia przez mikroorganizmy. Szkliwo zębów, które składa się z macierzy mineralogicznej fosforanów wapnia, traci swoje jony wraz ze wzrostem kwasowości i postępującym powstawaniem ubytków.

Wzrost glonów

Warstwa glonów i mikroorganizmów rosnąca w jeziorach jest czasami taka, że ​​może stać się lepka. Źródło: Michael Meiters (https://www.flickr.com/photos/psychofreakx3/5963134909)

Eutrofizacja jezior sprzyja rozwojowi glonów, które zielenią pokrywają swoją powierzchnię w wyniku zmiany właściwości chemicznych wody; zmiana, która ostatecznie okazuje się widoczna i negatywna dla fauny wodnej.

Rozpuszczenie Alka-Seltzer

Alka-Seltzer po rozpuszczeniu w wodzie zaczyna uwalniać bąbelki, które demonstrują ich musowanie. Gazy pochodzą z CO ₂ powstającego w wyniku rozpuszczania NaHCO ₃ , wraz z kwasem cytrynowym i acetylosalicylowym, które znajdują się w sprasowanej tabletce.

Choroby cielesne

Kiedy się pocimy, wcześniej czy później nieuniknione jest wyczucie nieprzyjemnych zapachów znajdujących się pod pachami, na skórze lub na stopach. Te nieprzyjemne zapachy są spowodowane lotnymi cząsteczkami organicznymi syntetyzowanymi przez mikroorganizmy i wskazują, że nastąpiła zmiana chemiczna.

Gnicie

Organiczny rozkład żywych istot lub żywności to zmiany chemiczne, które obejmują szereg złożonych reakcji. Nieprzyjemnym zapachom towarzyszy zmiana składu, a także koloru. Na przykład zgnilizna owoców, takich jak banany i awokado, wykazuje wszystkie te cechy.

Cola i mięta

Mieszanina koksu i mięty wybucha jak wulkan sodowy. Źródło: Michael Murphy

Chociaż formalnie jest to reakcja fizyczna, bez zrywania wiązań chemicznych, ale z kolejnym udziałem równowagi między gatunkami H ₂ CO ₃ i CO ₂ , erupcja mięty coca-coli może być traktowana jako odniesienie do wykrycia innych wybuchów, które może być czysto chemiczny.

Mięta pieprzowa zapewnia miejsca zarodkowania , w których _{tworzą się} małe pęcherzyki CO ₂ , które pochłaniają część rozpuszczonego CO ₂ poprzez zakłócanie jego interakcji z cząsteczkami wody. W ten sposób rozpuszczony CO ₂ gromadzi się w wielu małych pęcherzykach, które przeciwdziałają wzrostowi napięcia powierzchniowego wody spowodowanemu przez cukier i inne związki.

W rezultacie bąbelki CO ₂ uciekają, ciągnąc wodę, która nie chce ich „uwolnić”. Powoduje to pojawienie się charakterystycznej piany tych miętowych wysypek, jak widać na powyższym obrazku.

Wybuchy

Eksplozje są zwykle bardzo energicznymi reakcjami spalania, z których uwalnia się dym, światło i ciepło. Wszędzie tam, gdzie następuje eksplozja, stajesz w obliczu zmiany chemicznej.

Spalanie drewna

Drewno składa się zasadniczo z celulozy i ligniny, obydwu polimerów organicznych. Jego atomy węgla energicznie reagują z tlenem w powietrzu, powodując CO i CO ₂ , w zależności od stopnia całkowitego spalania i stopnia natlenienia.

Jest to zmiana chemiczna, ponieważ polimery w drewnie nie mogą powrócić do swojego stanu początkowego, oprócz wydzielania ciepła, światła i dymu.

opalenizna słoneczna

Zmiana chemiczna znajduje odzwierciedlenie w opaleniznie tych, którzy spędzają dzień na plaży. Źródło: Pxhere.

Zaczerwienienie lub opalenizna naszej skóry podczas intensywnego nasłonecznienia wskazuje, że nastąpiła zmiana w jej składzie w wyniku reakcji melaniny zawartej w jej komórkach, która utlenia się i rozkłada.

Sok z czerwonej kapusty

Probówki ze wskaźnikiem kapusty purpurowej. Źródło: Indikator-Blaukraut.JPG: Supermartlderivative work: Haltopub

Zaczynając od soku z kapusty purpurowej, można przeprowadzić eksperyment, aby pokazać zmiany koloru w funkcji pH. Jest łatwy do odtworzenia w każdym laboratorium lub kuchni.

Jeśli ten sok zostanie dodany do różnych probówek, zostaną one oznakowane i zostaną do nich dodane różne substancje, od kwaśnych (ocet) do zasadowych (detergent), będą dostępne różne kolory (górne zdjęcie).

Dzieje się tak, ponieważ sok z fioletowej kapusty zawiera naturalne wskaźniki kwasowo-zasadowe, które reagują na zmiany pH. Im bardziej kwaśny roztwór, tym bardziej czerwony będzie; a jeśli wręcz przeciwnie, jest bardzo podstawowe, zmieni kolor na żółtawy.

Ugotuj jajko

Kiedy jajko jest smażone lub gotowane, pozwalamy, aby ciepło zdenaturowało jego białka, zrywając jego wiązania i tworząc inne, jednocześnie tracąc jego pierwotną strukturę.

Wyblakła skóra

Kolory skóry mogą blaknąć z powodu tlenu w powietrzu i promieniowania UV, które powodują rozpad wiązań chemicznych między barwnikami a materiałem organicznym.

Pieczony

Obserwowana zmiana koloru pieczywa i słodyczy, a także wyraźny wzrost objętości w porównaniu z ciastem surowym, wskazuje na różne zmiany chemiczne.

Po pierwsze, z powodu wyrastania spowodowanego przez drożdże i proszek do pieczenia; a po drugie, przez reakcję Maillarda, w której białka i cukry reagują ze sobą, nadając mieszaninie złoty kolor.

Korozja

Metale rdzewieją, więc tracą połysk, ciemnieją i zaczynają korodować, gdy utworzone warstwy tlenków nie mogą już przylegać ani łączyć się z metalowym wnętrzem. Najbardziej reprezentatywną korozją jest korozja żelaza ze względu na charakterystyczny brązowy kolor jego tlenku.

Baterie

W bateriach lub ogniwach zachodzą reakcje chemiczne, które generują elektryczność, prądy elektryczne, które przepływają przez obwód zewnętrzny i aktywują ich urządzenia. W istocie anoda traci elektrony (utlenianie), elektrony te aktywują urządzenie (pilot, telefon, zegarek, wskazówkę itp.), A następnie trafiają do katody (redukcja).

Krew komara

Jeśli ugryzie nas komar i zabijemy go natychmiast lub w ciągu kilku minut, zauważymy, że krew jest jasnoczerwona. W międzyczasie, jeśli minie kilka godzin i zabijemy tego samego komara, zobaczymy, że krew jest ciemna, będzie nawet miała brązowe odcienie.

Ta zmiana koloru wskazuje, że krew przeszła reakcje chemiczne w obrębie komara.

Zegar jodowy

Reakcja zegara jodowego jest jedną z najbardziej reprezentatywnych dla przemiany chemicznej. Źródło: Daniel J. Lulu

Jedną z najbardziej imponujących zmian chemicznych obserwuje się w słynnej reakcji zegara jodowego. Jest tak nazywany, ponieważ jego prędkość można regulować, modyfikując stężenie reagentów. Reakcja kończy się, gdy pojawia się intensywny, bardzo ciemnoniebieski kolor, w dużym kontraście do zaobserwowanej początkowej przezroczystości.

Ten kolor (górne zdjęcie) wynika z interakcji między skrobią a kompleksem anionowym I ₃ ^- . Jedna z jego wersji zaczyna się od jodanu, IO ₃ ^- i wodorosiarczynu, HSO ₃ ^- :

IO ₃ ^- + 3HSO ₃ ^- → I ^- + 3HSO ₄ ^-

I ^- reaguje z IO ₃ ^- z ośrodka do wytwarzania jodu:

IO ₃ ^- + 5I ^- + 6H ⁺ → 3I ₂ + 3H ₂ O

A to z kolei reaguje z większą ilością wodorosiarczynu:

I ₂ + HSO ₃ ^- + H ₂ O → ₂ I ^- + HSO ₄ ^- + 2H ⁺

Gdy HSO ₃ ^- zostanie zakończone , druga reakcja będzie dominować, dopóki nie pojawi się nadmiar I ₂ , który zwiąże się z I ^- tworząc I ₃ ^- . I wreszcie, I ₃ ^{- będzie} oddziaływać z cząsteczkami skrobi, przyciemniając roztwór.

Pasta ze słonia

Eksperyment z pastą ze słonia. Źródło: Ferbr1 za pośrednictwem Wikipedii.

I na koniec, nazwano konkretną reakcję chemiczną, ale ze zmianami, które są zbyt widoczne, aby je pominąć: pasta do zębów słonia (górne zdjęcie). W niektórych filmach ilość piany jest taka, że ​​można dosłownie wytrzeć usta słonia.

Reakcja ta opiera się na katalitycznym rozkładzie nadtlenku wodoru H ₂ O ₂ (nadtlenku wodoru) z jonami jodkowymi I ^- z rozpuszczalnych soli, takich jak NaI lub KI. Pierwsza zachodząca reakcja przebiega zgodnie z następującym równaniem chemicznym:

H ₂ O ₂ + I ^- → H ₂ O + IO ^-

Forma IO ^- reaguje następnie z H ₂ O ₂ w drugiej reakcji:

IO ^- + H ₂ O ₂ → H ₂ O + O ₂ + I ^-

Gdzie regenerowany jest katalizator I ^- (nie zużyty).

Zwróć uwagę, że produkty końcowe to H ₂ O i O ₂ . Jeśli do mieszaniny reakcyjnej doda się detergent i barwniki, woda wraz z tlenem będzie silnie pienić się, która będzie wznosić się przez pojemnik i strzelać w górę wbrew grawitacji.

Spal papier

Podczas spalania papieru powstaje dwutlenek węgla, para wodna i popiół. Te trzy substancje różnią się chemicznie od pierwszej substancji, więc jest to zmiana chemiczna.

Utlenianie jabłek

Kiedy jabłko jest posiekane i pozostawione na otwartej przestrzeni, zmienia kolor z kości słoniowej na brązowy lub ochrowy. Nazywa się to utlenianiem.

Zgnilizna żywności

Kiedy żywność się psuje, następuje zmiana chemiczna. Na przykład zgniłe jaja przechodzą proces rozkładu, który powoduje, że zmieniają kolor i zapach.

Produkcja jogurtów

Jogurt jest wynikiem przemiany chemicznej z udziałem mleka i niektórych bakterii, takich jak Streptococcus thermophilus i Lactobacilli bulgaricus.

Otwórz butelkę szampana

Po otwarciu butelki szampana lub napoju bezalkoholowego zauważysz bulgotanie. To bulgotanie oznacza, że ​​kwas węglowy w napoju rozpadł się, uwalniając dwutlenek węgla.

Produkcja wina

Tworzenie wina z winogron to proces fermentacji. To przykład beztlenowej reakcji chemicznej, w której cukier przekształca się w alkohol etylowy i dwutlenek węgla.

Bibliografia

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia (8th ed.). CENGAGE Learning.
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (08 października 2019). Definicja zmiany chemicznej w chemii. Odzyskany z: thinkco.com
3. Wikipedia. (2019). Reakcja chemiczna. Odzyskane z: en.wikipedia.org
4. Mandeep Sohal. (29 września 2019). Zmiana chemiczna vs. Fizyczna zmiana. Chemistry LibreTexts. Odzyskane z: chem.libretexts.org
5. Nathan Crawford. (2019). Co to jest zmiana chemiczna? - Właściwości, typy i przykłady Wideo. Badanie. Odzyskany z: study.com
6. Jak działają rzeczy. (2019). Dlaczego gazety z czasem żółkną? Odzyskany z: science.howstuffworks.com
7. Science Buddies. (14 czerwca 2012). Tryskająca nauka: Erupting Diet Coke with Mentos. Odzyskany z: Scientificamerican.com
8. Quimitube. (2014). Doświadczenia laboratoryjne: zegar jodowy. Odzyskany z: quimitube.com