تغییر شیمیایی و فیزیکی چیست؟

همه تغییراتی که در دنیا در حال انجام بوده و دارای ماهیتی فیزیکی و شیمیایی هستند، به نام تغییر شیمیایی و فیزیکی خوانده می شوند. تغییر فیزیکی و شیمیایی مهمترین تفاوتی که با هم دارد، تولید محصولاتی در این تغییرات است که می تواند ساختار مختلف یا یکسانی داشته باشد. به عبارتی در یک تغییر فیزیکی، ترکیب و ساختار محصول تولید شده با مواد اولیه متفاوت است در صورتی که در یک تغییر شیمیایی، محصولی کاملا متفاوت با مواد اولیه از نظر ساختاری و ماهیتی ایجاد شود. مطالعه مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک حاضر ما را با تغییر فیزیکی و شیمیایی و مثال های مختلفی از این تغییرات آشنا می کند.

تغییر شیمیایی و فیزیکی

به طور کلی تغییرات مختلفی که در محیط اطراف ما صورت می گیرد مانند زرد شدن برگ درختان، زنگ زدن آهن، بخار شدن آب، یخ زدن آب و …، همه تغییر شیمیایی و فیزیکی هستند. در این تغییرات، تولید محصولی تازه و تغییر ساختار صورت می گیرد. انجام واکنش های شیمیایی فیزیکی و شیمیایی، با نشانه های تغییر شیمیایی تشخیص داده می شوند. از جمله این نشانه ها تولید گاز، تشکیل رسوب، تغییر حجم، تغییر بو، تغییر رنگ و … هستند.

در همه واکنش های شیمیایی، اصل قانون بقای جرم و ماده وجود دارد. بر طبق این اصل و قوانین ترمودینامیک، مقدار ماده و انرژی ثابت می ماند. به عبارتی ماده و انرژی از بین نمی رود، انرژی می تواند از صورتی به صورت دیگر تبدیل شود. در کل همه تغییرات ماده شامل دو نوع تغییر فیزیکی و شیمیایی است که در این جا به تعریف هر کدام و همچنین مثال هایی از آن ها می پردازیم.

تغییر فیزیکی چیست؟

وقتی ماده ای شکل و حالت خود را تغییر می دهد بدون این که ماهیت و ساختار آن عوض شود، دچار تغییر فیزیکی شده است. در این تغییر، هیچ واکنشی بین مواد صورت نگرفته و و ساختار ترکیبی آن دچار تغییر نمی شود. در این فرایند با این که احتمال مصرف انرژی وجود دارد ولی هیچ وقت هویت شیمیایی آن تغییر نخواهد کرد. از جمله تغییرات فیزیکی می توان به خرد شدن، بریده شدن، خم شدگی، فشرده و یا کشیده شدن و … اشاره داشت.

نکته ای درباره یک تغییر فیزیکی می توان گفت این است که تغییرات فیزیکی می تواند برگشت پذیر و یا برگشت ناپذیر باشد. تغییرات فازی و تغییر حالت مواد از جمله تغییرات فیزیکی است که فرایندهای تبخیر، میعان، ذوب، انجماد، تصعید، یونش و وایونش از جمله آن ها بوده و برگشت پذیر نیز هستند.

همان طور که در بالا نیز گفته شد، با توجه به قانون پایستگی جرم، وقتی یک تغییر فیزیکی رخ می دهد، نه ماده ای ایجاد شده و نه ماده ای از بین می رود، بلکه فقط از یک حالت به حالتی دیگر تبدیل می شود. حالت و فاز مواد با گرفتن و یا از دست دادن انرژی گرمایی صورت گرفته و فازهای مختلف جامد، مایع، گاز و پلاسمایی وجود دارد.

مثالی از یک تغییر فیزیکی

حالت های مختلف آب که در دماهای مختلف ظاهر می شود نمونه ای از تغییر حالت یک ماده است که یک تغییر فیزیکی محسوب می شود. در دمای زیر صفر درجه سانتی گراد، آب به صورت جامد وجود داشته و به شکل یخ است. اگر یخ انرژی گرمایی بگیرد، ذوب شده و از حالت جامد به حالت مایع تبدیل می شود. این فرایند را ذوب شدن می گویند که یک تغییر فیزیکی است. اما اگر آب را تا دمای ۱۰۰ درجه سانتی گراد حرارت دهند، شروع به بخار شدن کرده و فرایند تبخیر صورت می گیرد.

خواص تغییر فیزیکی

وقتی یک تغییر فیزیکی صورت می گیرد می تواند این تغییر ساده و یا پیچیده باشد. به عنوان مثال بریدن نان و تکه تکه کردن چوب نمونه ای از تغییر فیزیکی ساده است که در آن اندازه ماده تغییر کرده است. در این فرایند فاز تغییری نکرده است. مثالی دیگر از این تغییر، ریختن آب به ظروفی کوچک از ظرفی بزرگ است. در این شرایط با این که حجم و شکل ماده تغییر می کند ولی تغییری در فاز صورت نگرفته است.

نمونه ای از تغییرات فیزیکی به انرژی نیاز دارند. وقتی ماده ای در حالت گازی است، ذرات تشکیل دهنده آن با زیاد بودن سرعت جنبش آن ها، مدام حرکت کرده و به هم برخورد می کنند. ذرات تشکیل دهنده فاز گازی انرژی جنبشی بسیاری دارند به همین دلیل است که وقتی در یک ظرف قرار می گیرد، شکل ظرف را به خود می گیرد. وقتی یک فاز گازی، انرژی از دست می دهد از جنبش ذرات آن کم شده و متراکم شده به فاز مایع تبدیل می شود.

در فاز مایع بر خلاف فاز گازی که انرژی پتانسیل ندارند، انرژی پتانسیل وجود داشته و مقدار آن با انرژی جنبشی برابر است. همچنین حجم مواد مایع ثابت است ولی شکل ظرف را به خود می گیرند.

نمونه ی دیگری از تغییر فیزیکی، چگالش بخار آب در هوای سرد به جامد کریستالی است. ذرات تشکیل دهنده فاز مایع با از دست دادن انرژی، ثابت مانده و به آرایش ثابت و منظمی می رسند. در این حالت بلوری و کریستالیزاسیون، انرژی جنبشی به طور تقریبی برابر با صفر بوده ولی انرژی پتانسیل مقدار زیادی دارد. شکل و حجم فاز جامد ثابت بوده ولی ساختار شیمیایی آن ها در بدون تغییر است.

در تمام این تغییرات، ماهیت و ساختار ترکیب تغییری نمی کند و فقط فازها تغییر می کنند.

تغییر شیمیایی چیست؟

وقتی در یک واکنش شیمیایی و تغییر، ماده ای ساختار و ویژگی های خود را از دست داده و ماده ی جدیدی که تولید می شود دارای ساختار و ویژگی های متفاوتی باشد، تغییر شیمیایی صورت گرفته است. به عبارتی در این تغییر، ماهیت شیمیایی مواد تغییر می کند. مواد اولیه به عنوان واکنش دهنده ها با هم ترکیب شده و تولید محصولات و فراورده را می دهند که ماهیت جدیدی دارد. به عنوان مثال وقتی یک اسید با یک باز ترکیب می شود و تولید نمک می کند، تغییر شیمیایی صورت گرفته است.

در یک طبقه بندی، تمام واکنش های شیمیایی که با تغییر شیمیایی همراه هستند، به دو نوع گرماده و گرماگیر تقسیم می شوند. واکنش هایی که مواد اولیه آن برای انجام واکنش نیاز به گرما داشته باشند، گرماگیر هستند. واکنش هایی که در انجام آن ها، گرما آزاد می شود، گرماده نامیده می شوند. فتوسنتز از واکنش های گرماگیر و واکنش خنثی شدن از واکنش های گرماده محسوب می شود.

خواص فیزیکی و شیمیایی

به چیزهایی که جرم داشته و فضا اشغال می کنند، ماده گفته می شود. همه ی مواد دارای ویژگی ها و خواص ویژه ای هستند که می توانند به دو صورت فیزیکی و یا شیمیایی باشند.

خواص فیزیکی

به خواص و ویژگی هایی از مواد که برای بیان سیستم فیزیکی مواد بیان می شوند، خواص فیزیکی گفته می شود. این خواص که می توان آن ها را به آسانی مشاهده کرد به دو نوع خواص شدتی و مقداری تقسیم می شوند.

به خواصی چون چگالی، سختی و رنگ مواد که وابسته به مقدار ماده نیستند، خواص شدتی گفته می شود. در عوض به خواصی چون وزن، حجم، طول و جرم مواد که وابسته به مقدار و اندازه آن ها هستند، خواص مقداری گفته می شود. در این جا برخی از خواص فیزیکی مواد را بررسی می کنیم.

بافت

از خواص فیزیکی ماده که با تغییر آن، ماهیت ماده دچار تغییر نمی شود، بافت است. به عنوان مثال وقتی سمباده دادن باعث نرمی بافت زبر سطوح چوب می شود بدون این که ماهیت چوب دچار تغییر شود.

رنگ

یکی از نشانه های تغییر شیمیایی و فیزیکی در یک ماده، تغییر رنگ آن است. اگر در این تغییر، ماهیت ماده تغییر کند، شیمیایی ولی اگر ماهیت ماده تغییر نکند، تغییر فیزیکی است.

دما

تغییر دما در یک تغییر می تواند ناشی از تغییرات فیزیکی و یا شیمیایی باشد مانند تغییر رنگ. برای این که تغییر دما مشخص شود از دماسنج برای اندازه گیری دما استفاده می شود. وقتی غذا را در ماهی تابه روی اجاق قرار می دهید، بدون این که ماهیت ماهی تابه تغییر کند، دمای آن بالا می رود. در این مثال، تغییر دما یک تغییر فیزیکی است.

تغییر حالت

از خواص فیزیکی مواد، تغییر حالت و فاز آن هاست بدون این تغییری در ماهیت خود داشته باشند. در یک ماده ای که تغییر فاز رخ داده است، تغییر شکل و یا تغییر در گرانروی صورت می گیرد. به عنوان مثال وقتی یخ آب می شود، تغییر شکل صورت گرفته و ماده ای با فاز جدید ولی ماهیتی یکسان تشکیل شده است.

شکل

تغییر در شکل نیز می تواند از خواص فیزیکی ترکیب باشد بدون این که ساختار شیمیایی ماده دچار تغییر شود. به عنوان نمونه اتو کردن لباس های چروک نمونه ای از تغییر شکل در ماده بدون تغییر در ماهیت ماده است.

خواص شیمیایی

وجود خواص شیمیایی در یک ترکیب با تغییر آن ها در واکنش های شیمیایی برای یک ماده مشخص می شود. به عبارتی با نوع رفتار یک ماده در واکنش شیمیایی، خواص شیمیایی آن مشخص می شود. در تعریف خواص شیمیایی یک ماده می توان گفت که توانایی آن برای ترکیب و یا تبدیل شدن به یک یا چند ماده دیگر است. هر گونه تغییری که باعث تغییر در خواص شیمیایی یک ترکیب شود، جزء تغییرات شیمیایی است. در این جا برخی از خواص شیمیایی را بررسی می کنیم.

سمیت

میزان قدرت یک ماده در ایجاد ضرر به روی موجودات زنده دیگر را سمیت می گویند و علم مطالعه سمیت مواد به نام سم شناسی خوانده می شود. میزان تاثیر سمیت مواد مختلف با توجه به دوزی تعیین می شود که مورد استفاده قرار می گیرد. آرسین، سیانوژن و فرمالدهید از موادی با سمیت بسیار بالا هستند.

اشتعال پذیری

به میزان آتش گیری، سوخت و آزادسازی گرما توسط مواد، اشتعال پذیری گفته می شود. از جمله تغییرات شیمیایی در این باره می توان به میل مواد به آتش گرفتن و تولید دود اشاره کرد. موادی که میزان اشتعال پذیری آن ها کمتر از ۳۲ درجه سانتی گراد است به عنوان موادی با اشتعال پذیری بالا محسوب می شوند. از مواد اشتعال پذیری که در خانه استفاده می شود می توان به آرد، مواد شوینده لباس، روغن های پخت، محصولات آرایشی و واکس اشاره داشت.

فراریت

در یک دما و فشار مشخص، میزان تمایلی که مواد برای تبدیل شدن به بخار دارند، به نام فراریت خوانده می شود. الکل ها در دسته ی مواد با فراریت بالا و روغن ها در گروه مواد با فرایت پایین هستند. یخ خشک از موادی است که به دلیل فراریت بالا به راحتی می تواند از فاز جامد به حالت گاز تبدیل شود.

چسبندگی

از جمله خواص شیمیایی، چسبندگی است که میزان تمایل مواد غیرهمجنس برای چسبیده شدن به هم است. میزان چسبندگی با نیروهای بین مولکولی مشخص می شود.

ساختار بلوری

به آرایش ذرات تشکیل دهنده یک ماده که می تواند اتم، یون و یا مولکول باشد، ساختار بلوری گفته می شود. این خاصیت شیمیایی از ویژگی های ذاتی این ذرات محسوب می شود. بسیاری از خواص فیزیکی و شیمیایی با ساختار بلوری مواد تعیین می شود.

نشانه های تغییر فیزیکی

از جمله نشانه هایی که در یک تغییر فیزیکی ظاهر می شود، تغییر در شکل، اندازه، حجم و دیگر حالت های فیزیکی است. وقتی یک تغییر فیزیکی رخ می دهد، واکنش شیمیایی خاصی رخ نداده و فقط مواد با هم مخلوط می شوند.

به عنوان مثال وقتی فرایند انجماد رخ می دهد، چگالی زیاد می شود ولی در فرایند تبخیر، چگالی کاهش پیدا می کند. در این زمینه آب یک استثنا محسوب می شود. یکی از معمول ترین نشانه های تشخیص یک تغییر فیزیکی، برگشت پذیر بودن تغییرات فیزیکی است. به عنوان مثال تشکیل یخ از آب فرایندی برگشت پذیر است که با گرما دادن یخ می توان دوباره آن را مایع کرد.

نشانه های تغییر شیمیایی

در ترکیب دو یا چند ماده با همدیگر وقتی واکنش شیمیایی رخ داده و دما، رنگ و دیگر نشانه ها ظاهر شود، یک تغییر شیمیایی اتفاق افتاده است. اما تنها این نشانه ها برای انجام یک واکنش شیمیایی ملاک نیستند.

تولید نور

یکی از نشانه های تغییر شمیایی تولید نور حاصل از واکنش شیمیایی است. به عنوان مثال واکنش سوختن تولید نور و گرما می کند.

تشکیل رسوب

از دیگر نشانه های تغییر شیمایی، تولید رسوب است که بعد از ترکیب دو ماده ظاهر می شود.

تغییر رنگ

هرگاه در ترکیب دو یا چند ماده، رنگ تغییر کرد می تواند نشان دهنده احتمال وقوع یک واکنش شیمیایی باشد.

تغییر دما

انرژی گرمایی که در شکسته شدن و ایجاد پیوندهای شیمیایی در ترکیبات شیمیایی مبادله می شود، می تواند دمای یک واکنش را بالا و یا پایین آورد. این تغییر یکی از نشانه های تغییر شیمیایی است.

تولید گاز

در ترکیب دو یا چند ماده به محض خروج گاز می توان به طور اطمینان بیان کرد که یک واکنش شیمیایی رخ داده است. زیرا خروج گاز نشان دهنده تغییر ساختار مولکول های سازنده ترکیب است.

تغییر فیزیکی و شیمیایی کلاس پنجم

تغییر فیزیکی به عنوان دگرگونی ظاهر یک ماده تعریف می شود که با تغییر متناظر در هویت آن ماده ایجاد نمی شود. به عبارت دیگر، در طول یک تغییر فیزیکی، خواص فیزیکی یک ماده تغییر می کند، اما فرمول شیمیایی آن تغییر نمی کند. تغییرات فیزیکی، که اغلب قابل برگشت هستند، منجر به ایجاد یک ماده جدید نمی شود. در عوض، شکل فیزیکی مواد موجود، از طریق دستکاری های دستی، مانند برش یا فرورفتگی، تغییر فاز، یا حل شدن در یک ماده شیمیایی دیگر تغییر می کند.

آب می تواند به صورت جامد، مایع یا گاز وجود داشته باشد. اعمال گرما به آب جامد، که بیشتر به عنوان “یخ” شناخته می شود، باعث ذوب شدن آن می شود. نتیجه این تبدیل که نمونه ای از تغییر فاز است، آب مایع است. ظاهر یخ با ظاهر آب مایع متمایز است، اما هر دو ماده یک فرمول شیمیایی مشترک دارند، H2O. بنابراین، ذوب یک مکعب یخ یک تغییر فیزیکی است، زیرا در طول این فرآیند فقط ویژگی‌های فیزیکی آب تغییر می‌کند، نه هویت شیمیایی. در نهایت، همانطور که برای اکثر تغییرات فیزیکی معمول است، این تغییر شکل را می توان به راحتی با خنک کردن آب مایع تا زمانی که یخ اصلاح شود، معکوس کرد.

در مقابل، هم خواص فیزیکی و هم فرمول شیمیایی یک ماده باید در طول یک تغییر شیمیایی تغییر یابد. فرمول شیمیایی نمایش نمادین ترکیب شیمیایی یک ماده است و تغییر یا عناصر موجود یا مقادیر نسبی آنها هویت ماده مورد نظر را تغییر می دهد. بنابراین، از آنجا که یک تغییر شیمیایی مستلزم آن است که فرمول شیمیایی ماده حاصل با فرمول ماده اولیه متفاوت باشد، یک تغییر شیمیایی باید طبق تعریف، یک ترکیب شیمیایی یا شیمیایی ایجاد کند که هویت آن منحصر به فرد باشد، نسبت به موادی که در ابتدا بودند.