تغییر شیمیایی چیست؟ [چند مثال برای تغییر شیمیایی]

یکی از مفاهیم مهم در کتاب علوم پنجم، تغییر شیمیایی است. برای درک بهتر این مفهوم و درک تفاوت آن با تغییر فیزیکی می توانید این مطلب از ستاره را بخوانید تا با خواندن مثال هایی از تغییرات شیمیایی و انواع تغییرات شیمیایی در اطراف بتوانید به درستی آن را تشخیص دهید. 

تغییر شیمیایی چیست؟

تغییر شیمیایی که با نام واکنش شیمیایی هم شناخته می‌شود، به فرآیندی می‌گویند که در آن یک یا چند ماده در نهایت به یک یا چند ماده دیگر تبدیل می‌شوند. به عبارت دیگر، یک تغییر شیمیایی،‌ واکنشی شیمیایی شامل آرایش مجدد اتم‌ها است.

تغییرات شیمیایی به سادگی تغییرات فیزیکی برگشت‌پذیر نیستند و تنها در برخی موارد می‌توان با انجام واکنش‌هایی به حالت قبل بازگشت. زمانی که یک تغییر شیمیایی اتفاق بیافتد، همزمان با آن انرژی سیستم هم تغییر می‌کند. تغییر شیمیایی که موجب آزاد شدن گرما شود را با نام «واکنش گرماده» (Exothermic Reaction) می‌شناسند و اگر این تغییر با جذب گرما همراه باشد به آن «واکنش گرماگیر» (Endothermic Reaction) می‌گویند. در یک تغییر شیمیایی، نوع و تعداد اتم‌ها ثابت هستند اما نحوه آرایش آن‌ها تغییر می‌کند.

پیشنهاد: در ستاره می توانید مطالب مفید دیگری مانند چرا پوست ما چرب و مرطوب می شود، تغییرات محیط اطراف بدون دخالت و با دخالت انسان و تفاوت تغییرات فیزیکی و شیمیایی چیست را نیز بخوانید. 

مثال‌هایی از تغییر شیمیایی

هر واکنش شیمیایی، یک تغییر شیمیایی است. نمونه‌هایی از تغییرات شیمیایی در زیر آورده شده است:

نمونه‌ای از تغییر شیمیایی را می‌توان در واکنش بین سدیم و آب مشاهده کرد. این واکنش در نهایت منجر به تشکیل سدیم هیدروکسید و هیدروژن می‌شود که انرژی زیادی آزاد می‌کند و گاز هیدروژن آزاد شده به طور خودبه‌خودی در هوا می‌سوزد. این مورد نمونه‌ای از یک تغییر شیمیایی است چراکه در این واکنش، فرآورده‌های نهایی با مواد اولیه قبل از واکنش، از نظر شیمیایی متفاوت هستند.

• ترکیب کردن جوش شیرین و سرکه (آزاد شدن حباب گاز دی‌اکسید کربن نشان تغییر شیمیایی است.)
• ترکیب کردن اسید با باز
• پختن تخم مرغ
• سوختن شمع
• زنگ زدن آهن
• هضم غذا
• سوختن چوب
• ترش شدن شیر
• حرارت دادن شکر برای تولید کارامل
• پخت کیک

در مقایسه با تغییر شیمیایی، هر تغییری که فرآورده جدیدی تولید نکند به عنوان یک تغییر فیزیکی در نظر گرفته می‌شود.

تغییرات شیمیایی معروف

در زیر به بررسی تغییرات شیمیایی معروف می‌پردازیم تا یاد بگیریم چطور تغییرات شیمیایی را شناسایی کنیم:

تغییر دما

از مشخصات بارز یک تغییر شیمیایی، تغییر دما است. در طول آزمایش کافی است تا دماسنجی را داخل یک بِشِر قرار دهید و تغییرات آن را یادداشت کنید. اگر افزایش دما داشته باشیم، یک تغییر شیمیایی روی داده است چراکه بیشتر تغییرات شیمیایی (نه همه آنها) با افزایش دما همراه هستند. البته این مفهوم را نباید با یک تغییر دمای فیزیکی اشتباه بگیرید.

در یک تغییر دمای فیزیکی مانند حرارت دادن آب، اجزا و آرایش مولکول‌های آب تغییری نمی‌کنند اما در یک تغییر شیمیایی، به هنگام ترکیب یک ماده با ماده دیگر، تغییر دما خواهیم داشت که این تغییر دما به دلیل انجام واکنش شیمیایی است. نمونه‌ای از یک واکنش گرماده را می‌توان در ترکیب آهن (III) اکسید با آلومینیوم مشاهده کرد. زمانی که آهن (III) اکسید را با آلومینیوم ترکیب کنیم و برای شروع واکنش از سوزاندن نوار منیزیم کمک بگیریم،‌ واکنشی انجام می‌شود که نور و گرمای زیادی تولید می‌کند. این نوع از فرآیند‌ها به «واکنش ترمیت» (Thermite Rection) معروف هستند:

گرما + Fe2O3+2Al→۲Fe+Al2O3Fe۲​O۳​+۲Al→۲Fe+Al۲​O۳​

​تغییر رنگ

از مشخصات دیگر یک تغییر شیمیایی، تغییر رنگ است. به طور مثال، زنگ زدن آهن فرآیندی است که در مدت زمان زیادی سبب تغییر رنگ آهن به رنگ نارنجی می‌شود. البته باید توجه کنید که ترکیب کردن رنگ‌های مختلف که با تغییر رنگ همراه هستند را نمی‌توان به عنوان تغییر شیمیایی در نظر گرفت. واکنش زیر مربوط به زنگ زدن آهن است:

Fe2O3+2Al→۲Fe+Al2O3Fe۲​O۳​+۲Al→۲Fe+Al۲​O۳​

بوی مشخص

زمانی که یک تا چند ماده یا عنصر با یکدیگر ترکیب شوند و بر اثر آن بویی به مشام برسد، یک واکنش شیمیایی اتفاق افتاده است. به طور مثال، تخم مرغ خراب را از خود بوی بدی منتشر می‌کند که نشان‌ از یک تغییر شیمیایی دارد. این تغییر، نتیجه یک «تجزیه شیمیایی» (Chemical Decomposition) است. حتی بوی حاصل از پخته شدن غذاها نیز نشانی از یک تغییر شیمیایی دارد.

تشکیل رسوب

تشکیل رسوب را به عنوان یکی از مشخص‌ترین علائم در وقوع یک تغییر شیمیایی می‌دانند. رسوب، جامدی است که در داخل یک محلول یا جامد دیگری تشکیل شود. رسوبات را نباید با سوسپانسیون‌ها اشتباه گرفت چراکه سوسپانسیون‌ها محلول‌های همگنی هستند که اجزای حل‌شونده در آنها پخش شده‌اند. به طور مثال، زمانیکه کربنات محلول در آب با باریم واکنش دهد، رسوب باریم کربنات مشاهده خواهد شد:

Ba(aq)2++CO3  (aq)2−→BaCO3  (s)Ba(aq)۲+​+CO۳(aq)۲−​→BaCO۳(s)​

تشکیل حباب

تشکیل حباب یا به عبارت بهتر تشکیل گاز را می‌توان از مشخصه‌های یک تغییر شیمیایی دانست. به هنگام تشکیل حباب، تغییر دما نیز ممکن است اتفاق بیافتد.

البته در بیشتر واکنش‌ها پیدا کردن حباب کار ساده‌ای نیست. به طور مثال در واکنش زیر، زمانی که مقادیر «هیدروکلریک اسید» (Hydrochloric Acid) زیاد باشد، حباب‌ها واضح هستند و در غیر اینصورت حبابی را نمی‌توان تشخیص داد.

انواع تغییرات شیمیایی

شیمیدان‌ها تغییرات شیمیایی را به سه دسته تغییرات «معدنی» (Inorganic) «آلی» (Organic) و «بیوشیمیایی» (Biochemical) تقسیم می‌کنند.

تغییرات معدنی

شیمی معدنی به واکنش‌های عناصر و ترکیباتی می‌پردازد که شامل کربن نباشند. این تغییرات به طور معمول در آزمایشگاه‌ها یا در مقیاس‌های بزرگتر صنعتی انجام می‌شوند. برخی از این واکنش‌ها عبارتند از:

• «خنثی‌سازی» (Neutralization): ترکیب یک اسید با باز و تولید آب و نمک
• واکنش‌های اکسید و احیاء

تغییرات آلی

شیمی آلی شامل شیمی کربن و ترکیبات کربن‌دار است. این ترکیبات شامل روغن‌های معدنی، ترکیبات دارویی، رنگ‌ها، شوینده‌ها، مواد آرایشی و بهداشتی، سوخت‌ها و … هستند. از نمونه‌های تغییرات آلی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• «کراکینگ» (Cracking) هیدروکربن‌های سنگین برای تولید سوخت از نفت خام چراکه بنزین و گازوییل در بازار، بیشتر از هیدروکربن‌های سنگین‌تر طرفدار دارند.
• «متیلاسیون» (Methylation)
• «واکنش‌های تراکمی» (Condensation Reactions)،
• پلیمریزاسیون
• «هالوژناسیون» (Halogenation)

تغییرات بیوشیمیایی

بیوشیمی به رشد و نمو ارگانسیم‌های زنده می‌پردازد. زمانی که بیشتر واکنش‌ها توسط پروتئین‌های پیچیده‌ای به نام آنزیم کنترل و با هورمون‌ها محدود می‌شوند، در حقیقت در مورد بیوشیمی صحبت می‌کنیم. تجزیه مواد آلی نیز به حوزه بیوشیمی ارتباط پیدا می‌کند و شامل رشد و فعالیت قارچ‌ها، باکتری‌ها و دیگر میکروارگانیسم‌ها می‌شود. از دیگر تغییرات بیوشیمیایی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• فوتوسنتز: تبدیل دی‌اکسید کربن و آب به قند و اکسیژن توسط گیاهان
• هضم غذا
• «چرخه کربس» (Krebs Cycle): یا چرخه سیتریک اسید برای آزادسازی انرژی‌های ذخیره شده
• سننتز پروتئین برای کمک به رشد ارگانیسم‌ها

تشخیص یک تغییر شیمیایی

همانطور که در بالا هم اشاره شد، تغییرات شیمیایی دارای خصوصیاتی هستند که با در نظر گرفتن آن‌ها می‌توان به وقوع یک تغییر شیمیایی پی برد. برخی از این خصوصیات عبارت بودند از: آزاد شدن گرما، تغییر رنگ و تولید گاز.

در برخی موارد، تشخیص نوع تغییر دشوار است. به طور مثال، به هنگام حل کردن شکر در آب، یک تغییر فیزیکی رخ می‌دهد چراکه مولکول‌های شکر (ساکاروز) تغییری نمی‌کنند درحالیکه با حل نمک در آب،‌ این نمک به یون‌های خود تفکیک می‌شود و بنابراین ممکن است یک تغییر شیمیایی انجام شده باشد. در هر دو حالت،‌ یک جامد سفیدرنگ را در آب حل می‌کنیم و همچنین می‌توان با حذف آب به مواد اولیه دست پیدا کرد اما فرآیند هرکدام یکسان نیست. در حقیقت حل شدن نمک در آب را نمی‌توان به هیچ یک از دو دسته تغییرات فیزیکی یا شیمیایی نسبت داد.