ХІМІЧНІ ЗМІНИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПРИКЛАДИ, ВИДИ - ХІМІЯ - 2025

У хімічних змінах є змінами , які відбуваються в речовинах або незалежно від хімічних реакцій. Вони характеризуються тим, що вони незворотні, оскільки передбачають утворення нових зв'язків, які потребують енергії або інших реакцій для зворотного впливу.

Наприклад, життя та його біохімія складаються з постійних хімічних змін, які виявляють безліч реакцій, що відбуваються всередині живих істот. Результатом є ріст, розвиток та старіння рослинних і тваринних тканин; що, як відомо, науково та термодинамічно, це незворотний процес.

Зміна кольору листя під час осені є прикладом хімічної зміни. Джерело: Джейк Колвін через Pexels.

Ось чому у живих істот, від безхребетних до хребетних, ми знаходимо хімічні зміни навіть тоді, коли вони споживають їх їжу, оскільки вони використовують ферментативні реакції для їх деградації та скористаються енергією та хімічним матеріалом, який вони отримують з них.

Як розпізнати хімічні зміни?

Приклад хімічної зміни

Однією з головних характеристик їх розпізнавання в природі є спостереження, чи відбудеться зміна забарвлення чи випускається певний запах. Таким чином, у пори року оцінюється, як дерева поступово починають змінювати колір своїх листків; в них хлорофіл та його природні пігменти зазнають хімічних реакцій.

Почервоніння листя восени - дуже чіткий приклад хімічної зміни. Поєднуючи це з життям, восьминоги та хамелеони маскують себе завдяки низці хімічних реакцій, що залучають клітини їх шкір; але на відміну від листя, вони можуть змінити зміну кольору через інші реакції, які «дезактивують» камуфляж.

Однак різні кольори неба та хмари - не продукт хімічних, а фізичних змін: розсіювання Релі. Тим часом відбілювання одягу та видалення їх плям, а також фарбування одягу барвниками - це хімічні зміни.

характеристики

Згадувалося, що зміна кольору та запаху є двома основними характеристиками того, що відбулася хімічна зміна, і, отже, відбулося явище, пов’язане з однією чи кількома хімічними реакціями.

Далі будуть розглянуті інші важливі характеристики, які дозволяють нам виявити це безпосередньо своїми відчуттями. Чим більше характеристик можна сприймати, тим більше шансів на те, що ми стикаємося з хімічною зміною, а не фізичною.

Зміна температури або виділення світла

Хімічна зміна супроводжується підвищенням температури (екзотермічна реакція) або зниженням (ендотермічна реакція) температури; тобто якщо виробляється тепло, або якщо, навпаки, отримується відповідно відчуття холоду. Також іноді виділення тепла відбувається паралельно появі світла.

Газоутворення

Утворення газів безпосередньо пов'язане зі змінами запахів. Якщо газ утворюється в рідкому середовищі, буде спостерігатися барботаж, що свідчить про хімічну зміну.

Це пов'язано з тим, що існують молекули з високим тиском пари, які легко переносяться повітрям, або вивільнення малих молекул, таких як CO ₂ , H ₂ S, CH ₄ , O ₂ тощо, які є кінцевими продуктами певні реакції.

Утворення осаду

Якщо реакції протікають у рідкому середовищі і починає спостерігатися утворення осаду, незалежно від його кольору чи текстури, то, як кажуть, відбулася хімічна зміна. Так само може статися, коли два гази змішуються і утворюють золу або солі.

Незворотність

Хоча правда, що існують оборотні реакції, здатні встановити рівновагу, зміни, породжені з описаними до цього часу характеристиками самі по собі незворотні; Їм потрібні інші реакції або енергія будь-якого виду, щоб втрутитися, щоб їх наслідки були повернені. І все ж у багатьох випадках це практично неможливо.

Ця незворотність спостерігається при зміні складу або погіршенні речовини. Наприклад, дерево, яке горить полум’ям і закінчується попелом, остаточний склад якого відрізняється від дерева, не зможе будь-якими способами змінити хімічну зміну; Якщо тільки час не можна було повернути назад

Типи

Хімічні зміни самі по собі не піддаються ніякій класифікації: вони сприймаються нашими органами чуття, і з них можна зробити висновок або вивчити, які типи хімічних реакцій відбуваються. Таким чином, такі зміни зумовлені групою неорганічних, органічних або біохімічних реакцій.

Якщо говорити про неорганічні «зміни», то кажуть, що не бере участь вуглецева скелетна сполука, а, скоріше, всі комплекси перехідних металів; оксиди, сульфіди, гідриди, нітриди, галогени, серед інших сполук.

Тим часом сполуки діоксиду вуглецю беруть участь в органічних та біохімічних змінах, з тією різницею, що перші зазвичай відбуваються поза організмами (крім реакцій, що проводяться лікарськими засобами), а другі всередині них (щодо ферментів). , обмін речовин, біомолекули).

Приклади

Пожовтіння паперів

З часом складки паперу жовтіють. Джерело: makamuki0 через Pixabay.

Папери з часом втрачають свою білість і стають жовтуватими або коричневими. Цей процес обумовлений окисленням його полімерів, особливо лігніну, які разом з целюлозою включають атоми кисню, які в кінцевому підсумку послаблюють їх міжмолекулярні взаємодії.

Феєрверки

Феєрверки являють собою реакцію горіння, в якій суміш паливних речовин, калійної селітри, вуглецю та сірки горить, в той час як електронічно збуджують солі металів, які просочують отримані вибухи кольорами.

Порожнини

Карієс генерує зміну кольору зубів за рахунок їх демінералізації, спричиненої кислотами, що утворюються, коли мікроорганізми засвоюють сахарозу з їжею. Зубна емаль, що складається з мінералогічної матриці фосфатів кальцію, втрачає свої іони в міру підвищення кислотності та утворення порожнин.

Зростання водоростей

Шар водоростей і мікроорганізмів, який росте в озерах, іноді такий, що може стати липким. Джерело: Майкл Мейтерс (https://www.flickr.com/photos/psychofreakx3/5963134909)

Евтрофікація озер стимулює ріст водоростей, які покривають їх поверхню зеленим кольором внаслідок зміни хімічних властивостей води; зміна, яка в кінцевому підсумку є видимою і негативною для водної фауни.

Розчинення Alka-Seltzer

Алка-зельцер при розчиненні у воді починає виділяти бульбашки, що демонструють їх шифрування. Гази обумовлені СО _{2, що} утворюється при розчиненні NaHCO ₃ , разом з лимонною та ацетилсаліциловою кислотами, що надходять у таблетку, що ущільнюється.

Тілесні моровиці

Коли ми потіємо, рано чи пізно неминуче відчувати неприємні запахи, розташовані під руками, на шкірі або на стопах. Ці неприємні запахи обумовлені летючими органічними молекулами, синтезованими мікроорганізмами, і свідчать про те, що відбулася хімічна зміна.

Гниття

Органічне розкладання живих істот або їжі - це хімічні зміни, які передбачають низку складних реакцій. Неприємні запахи супроводжуються зміною складу, а також кольору. Наприклад, гниль таких фруктів, як банани та авокадо, показує всі ці характеристики.

Кокс і м'ята

Суміш коксу та м'яти вивергається як вулкан соди. Джерело: Майкл Мерфі

Хоча формально це фізична реакція, не порушуючи хімічних зв’язків, але за умови послідовної участі рівноваги між видами H ₂ CO ₃ та CO ₂ , виверження кока-кола-м'яти може сприйматися як орієнтир для виявлення інших вибухів, які роблять може бути чисто хімічним.

М'ята м'ята забезпечує місця зародження для утворення дрібних бульбашок CO ₂ , які поглинають частину розчиненого CO ₂ , втручаючись у його взаємодію з молекулами води. Таким чином, розчинений CO ₂ концентрується в декількох маленьких бульбашках, які виступають проти зростаючого поверхневого натягу води, викликаного цукром та іншими сполуками.

Результатом є те, що бульбашки CO ₂ витікають, затягуючи воду, яка не хоче "звільнити" їх. Це спричиняє появу характерної піни цих висипань з м’яти, як видно на зображенні вище.

Вибухи

Вибухи, як правило, є дуже бурхливими реакціями горіння, від яких виділяється дим, світло і тепло. Де б не стався вибух, ви стикаєтеся з хімічною зміною.

Випалювання деревини

Деревина по суті складається з целюлози та лігніну, обох органічних полімерів. Його атоми вуглецю енергійно реагують з киснем у повітрі, викликаючи СО та СО ₂ , залежно від того, наскільки повне горіння та ступінь оксигенації.

Це хімічна зміна, оскільки полімери деревини не можуть повернутися до початкового стану, крім виділення тепла, світла та диму.

Сонячний засмаг

Хімічна зміна відбивається на запасах тих, хто насолоджується днем ​​на пляжі. Джерело: Pxhere.

Почервоніння або засмагання нашої шкіри, коли знаходиться під сильним сонцем, свідчить про те, що відбулася зміна її складу внаслідок реакції меланіну, що міститься в його клітинах, які окислюються і розкладаються.

Сік червоної капусти

Пробірки з індикатором фіолетової капусти. Джерело: Indikator-Blaukraut.JPG: Супермарт-похідна робота: Haltopub

Починаючи з соку фіолетової капусти, можна встановити експеримент, щоб показати зміни кольору як функції pH. Його легко відтворити в будь-якій лабораторії чи кухні.

Якщо цей сік додавати в різні пробірки, вони маркуються, і до них додаються різні речовини, від кислих (оцет) до лужних (миючий засіб), буде кольорова гама (верхнє зображення).

Це відбувається тому, що сік фіолетової капусти містить природні кислотно-лужні показники, які реагують на зміни pH. Чим кислотніший розчин, тим червонішим він буде здаватися; і якщо навпаки це дуже основне, воно стане жовтуватим.

Зварити яйце

Коли яйце обсмажується або вариться, ми дозволяємо теплу денатурировать його білки, порушуючи його зв’язки і утворюючи інші, втрачаючи при цьому свою первісну структуру.

Вицвітання шкіри

Кольори шкіри можуть в’янути через дію кисню в повітрі та УФ-випромінювання, через що руйнуються хімічні зв’язки між барвниками та органічним матеріалом.

Запечений

Зміна кольору, що спостерігається у хлібі та солодощах, а також їх очевидне збільшення об’єму порівняно із сирим тістом свідчить про різні хімічні зміни.

По-перше, через підвищення, викликане дріжджами та розпушувачем; по-друге, реакцією Майяра, де білки та цукри реагують один з одним, щоб перетворити суміш у золотисту.

Корозія

Метали іржавіють, тому вони втрачають блиск, потемніють і починають кородувати, коли утворені оксидні шари вже не можуть прилипати або з’єднуватися з металевою внутрішністю. Найбільш репрезентативна корозія - це залізо за рахунок характерного коричневого кольору його оксиду.

Акумулятори

Усередині батарей або комірок відбуваються хімічні реакції, які генерують електрику, електричні струми, що проходять через зовнішній ланцюг і активують їх пристрої. По суті, анод втрачає електрони (окислення), ці електрони активують пристрій (дистанційне управління, телефон, годинник, вказівник тощо), а потім закінчуються на катоді (скорочення).

Москітна кров

Якщо комар нас кусає, і ми вбиваємо їх миттєво або протягом декількох хвилин, ми помітимо, що кров світло-червона. Тим часом, якщо пройде кілька годин, і ми вб'ємо цього самого комара, ми побачимо, що кров темна, вона навіть матиме коричневі тони.

Ця зміна кольору свідчить про те, що кров зазнала хімічних реакцій всередині комара.

Йодний годинник

Реакція на йодовий годинник є однією з найбільш репрезентативних хімічних змін. Джерело: Даніель Дж. Лулу

Одне з найбільш вражаючих хімічних змін спостерігається в знаменитій реакції на йодовий годинник. Його називають, оскільки його швидкість можна контролювати, змінюючи концентрацію реагентів. Реакція закінчується, коли з'являється інтенсивний, дуже синій колір, що сильно протиставляє спочатку прозору прозорість.

Цей колір (верхнє зображення) зумовлений взаємодією крохмалю з аніонним комплексом I ₃ ^- . Одна з його версій починається з йодату, IO ₃ ^- та бісульфіту HSO ₃ ^- :

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

I ^- реагує з IO ₃ ^- із середовища для утворення йоду:

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

А це в свою чергу реагує з більшою кількістю бісульфіту:

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

Як тільки HSO ₃ ^- закінчиться , друга реакція буде переважати, поки не з’явиться надлишок I ₂ , який прив’яжеться до I ^- утворить I ₃ ^- . І нарешті, I ₃ ^{- буде} взаємодіяти з молекулами крохмалю, затемнюючи розчин.

Слонова паста

Експеримент із слоновою пастою. Джерело: Ferbr1 через Wikipedia.

Знову і нарешті, названа специфічна хімічна реакція, але із змінами, які занадто помітні, щоб їх не залишати: слонова зубна паста (верхнє зображення). У певних відео кількість піни є такою, що ви могли б буквально чистити слону рот.

Ця реакція заснована на каталітичному розкладанні перекису водню H ₂ O ₂ (перекис водню) з іонами йодиду I ^- з розчинних солей, таких як NaI або KI. Перша реакція, що виникає, полягає у наступному хімічному рівнянні:

H ₂ O ₂ + I ^- → H ₂ O + IO ^-

IO ^- вид згодом реагує з H ₂ O ₂ у другій реакції:

IO ^- + H ₂ O ₂ → H ₂ O + O ₂ + I ^-

Там, де каталізатор I регенерується ^- (не споживається).

Зауважте, що кінцевими продуктами є H ₂ O і O ₂ . Якщо в реакційну суміш додати миючий засіб і барвники, вода разом з киснем енергійно піниться, що підніметься через ємність і вистрілить вгору проти тяжкості.

Палить папір

При спалюванні паперу утворюються вуглекислий газ, водяна пара та зола. Ці три речовини хімічно відрізняються від першої речовини, тому це хімічна зміна.

Окислення яблук

Коли яблуко нарізають і залишають на відкритому повітрі, воно стає кольором слонової кістки на коричневий або охру. Це називається окисленням.

Харчова гниль

Коли їжа псується, відбувається хімічна зміна. Наприклад, гнилі яйця проходять процес розкладання, що змушує їх змінювати колір і запах.

Виробництво йогурту

Йогурт - результат хімічної зміни, в якій беруть участь молоко та певні бактерії, такі як Streptococcus thermophilus та Lactobacilli bulgaricus.

Відкрита пляшка шампанського

Відкриваючи пляшку шампанського або безалкогольного напою, ви помічаєте барботаж. Це барботаж означає, що вуглекисла кислота в напої розщеплюється, вивільняючи вуглекислий газ.

Виноробство

Створення вина з винограду - це процес бродіння. Це приклад анаеробної хімічної реакції, при якій цукор перетворюється на етиловий спирт та вуглекислий газ.

Список літератури

1. Віттен, Девіс, Пек і Стенлі. (2008). Хімія (8-е видання). CENGAGE Навчання.
2. Гельменстін, Анна Марі, к.т.н. (08 жовтня 2019 р.). Визначення хімічної зміни в хімії. Відновлено з: thinkco.com
3. Вікіпедія. (2019). Хімічна зміна. Відновлено з: en.wikipedia.org
4. Mandeep Sohal. (29 вересня 2019 р.). Хімічні зміни проти Фізична зміна. Хімія LibreTexts. Відновлено з: chem.libretexts.org
5. Натан Крофорд. (2019). Що таке хімічна зміна? - Властивості, типи та приклади відео. Вивчення. Відновлено з: study.com
6. HowStuffWorks. (2019). Чому газети з часом жовтіють? Відновлено з: science.howstuffworks.com
7. Друзі науки. (14 червня 2012 р.). Наукова діяльність: виверження дієтичного коксу з ментосом. Відновлено з: scienceamerican.com
8. Кімітуб. (2014). Лабораторний досвід: годинник з йодом. Відновлено з: quimitube.com