| تغییر شیمیایی ، فرایندی است که در آن ساختار ذره‌های تشکیل دهنده مواد اولیه دچار تغییر می‌شود و به عبارتی ، تغییری است که طی آن ، یک یا چند ماده شیمیایی دیگر تبدیل می‌شود. |
دید کلی
تغییراتی که در واکنشی بر روی مواد واکنش دهنده صورت می‌گیرد، بطور کلی به دو نوع
تغییر فیزیکی و
تغییر شیمیایی ، تقسیم می‌شوند. در تغییر فیزیکی ، فقط حالت فیزیکی
ماده تغییر می‌یابد. یعنی ساختار ذره‌های تشکیل دهنده ماده تغییر نمی‌کند. بنابراین تغییر کلیه
حالات ماده نظیر
ذوب و
انجماد و
تبخیر و
تصعید و غیره همچنین
انحلال نمک ها و بازها در
آب ، تغییر فیزیکی محسوب می‌شوند.
لیکن در تغییر شیمیایی ، در واقع اتصال
اتمها به یکدیگر در واکنش دهنده ها دستخوش تغییر می‌شود و همچنین
آرایش الکترونی اتمها نیز تغییر می‌یابد. البته باید توجه داشت که در جریان یک
واکنش شیمیایی ، اتمها نه بوجود می‌آیند و نه از بین می‌روند و تنها شامل
ترکیب ،
تجزیه یا بازآرایی اتم‌هاست.
واکنش شیمیایی در واقع توصیفی برای یک تغییر شیمیایی است. واکنش‌های شیمیایی ممکن است با آزاد کردن انرژی بصورت گرما ، نور یا صوت همراه باشند و تولید یک
گاز ، تشکیل یک رسوب یا تغییر رنگ در پی داشته باشند.
روی دادن تغییر فیزیکی و تغییر شیمیایی بطور متوالی
البته مواردی وجود دارد که هر دو تغییر فیزیکی و شیمیایی بر روی یک پدیده ، بطور متوالی اتفاق می‌افتند. برای مثال ، با حرارت دادن تکه ای قند در لوله آزمایش ، ابتدا قند ذوب می‌شود که یک پدیده فیزیکی است. سپس به رنگ قهوه ای در می‌آید که نشان‌دهنده شروع تبدیل قند به
کربن و یک پدیده شیمیایی است. در ادامه ، مقداری بخار آب به بالای لوله می‌رسد که نشانه تجزیه قند و ادامه پدیده شیمیایی قبل است.
پس قطره‌های آب روی دیواره لوله آزمایش پدیدار می‌شود که نشان‌دهنده میعان بخار آب آزاد شده و یک پدیده فیزیکی است. در پایان ، در داخل لوله ، ماده‌ای سیاهرنگ ، بی‌مزه و نامحلول در آب (برخلاف قند اولیه) باقی می‌ماند که این ماده جدید ،
زغال است و با توجه به تغییر رنگ ، مزه و حلالیت آن در آب ، نشان‌دهنده وقوع یک پدیده شیمیایی است.
انرژی شیمیایی
هر نوع
پیوندی میان اتمهای مختلف سازنده
مولکول یک جسم ، نوعی انرژی بنام در "
انرژی شیمیایی" دارد که مقدار آن به نوع اتمها و نحوه قرار گرفتن آنها در مولکول بستگی دارد. در یک واکنش شیمیایی ، در واقع اتصال اتمها به یکدیگر در واکنش‌ها دستخوش تغییر می‌شود و در نتیجه انرژی شیمیایی فراورده‌های واکنش با انرژی شیمیایی واکنش‌دهنده‌ها تفاوت پیدا می‌کند.
به عنوان مثال ، واکنش گاز
کلر با گاز
هیدروژن را در نظر بگیریم. گاز کلر از مولکولهای دو اتمی
Cl2 و گاز هیدروژن از مولکولهای دو اتمی
H2 تشکیل شده‌اند. فراورده واکنش ،
کلرید هیدروژن HCl خواهد بود که در مقایسه با واکنش‌دهنده با پیوندهای کاملا متفاوتی دارد و از این رو انرژی شیمیایی آنها متفاوت است.
اکنون این پرسش مطرح می‌شود که با توجه به متفاوت بودن انرژی شیمیایی فراورده‌ها و واکنش‌دهنده‌ها با در نظر گرفتن "
قانون پایستگی انرژی" این اختلاف انرژی به چه صورت ظاهر می‌شود؟
تغییر گرماگیر و تغییر گرماده
مطابق
قانون پایستگی انرژی ، در هر واکنش ، باید انرژی کل ثابت بماند. بنابراین در واکنش‌ها ، اختلاف انرژی میان فراورده‌ها و واکنش‌دهنده‌ها به صورت گرما ظاهر می‌شود. از این رو ، واکنش‌هایی نظیر
واکنش‌های سوختن متان و با تشکیل
کلرید هیدروژن که در آنها ، سطح انرژی فراورده‌های واکنش از مواد واکنش‌دهنده پایین‌تر باشد، بعلت تولید انرژی گرمایی
گرماده می‌گوییم و در مقابل ، واکنش‌هایی که در آنها سطح انرژی شیمیایی فراورده‌ها بیشتر از واکنش‌دهنده‌ها باشد،
واکنش‌های گرماگیر نامیده می‌شوند و برای انجام چنین واکنشی باید مقداری گرما به اجزای واکنش‌دهنده داده شود، مانند
تجزیه کردن کلرید آمونیوم جامد که با گرم کردن ، به دو
گاز آمونیاک و کلرید هیدروژن تبدیل می‌شود.
بنابراین در اندازه گیری و محاسبه انرژی واکنش‌های شیمیایی ، چیزی که همیشه محسوس و قابل اندازه‌گیری است، تفاوت محتوای انرژی یا بعبارتی
سطح انرژی مواد اولیه و محصولات عمل است که معمولا به تغییر محتوای گرمایی ،
تغییر آنتالپی گفته می‌شود و با
ΔH نمایش می‌دهند و در یک واکنش گرماده خواهیم داشت:
H1: سطح انرژی مواد واکنش دهنده
H2: سطح انرژی مواد حاصل
H2 < H1
H2-H1< 0
به این ترتیب تغییر آنتالپی
ΔH در یک واکنش انرژی‌ده ،
منفی است.
در یک واکنش گرماگیر خواهیم داشت:
H2>H1→H2-H1>0→ΔH>0
پس تغییر آنتالپی ،
ΔH در یک واکنش انرژی‌گیر ،
مثبت است.
واکنش‌های شیمیایی برگشت پذیر و برگشت ناپذیر
واکنش‌های برگشت ناپذیر
در این قبیل واکنش‌ها ، محصولات واکنش بر هم اثر شیمیایی ندارند. به همین دلیل واکنش فقط در جهت رفت انجام می‌گیرد و تا مصرف شدن کامل واکنش‌دهنده پیش می‌رود. مثلا اگر تکه‌ای نوار
منیزیم را در ظرف محتوی
HCl وارد کنیم، واکنش شدیدی میان منیزیم و اسید رخ می‌دهد و
فلز بتدریج در اسید ، حل و ناپدید می‌شود و همزمان با ناپدید شدن فلز ، حباب‌های گاز هیدروژن درون اسید به چشم می‌خورند که از ظرف خارج می‌شوند.
بنابراین این واکنش یک‌طرفه است و فقط در جهت رفت پیش می‌رود. یعنی اگر مقداری گاز هیدروژن را در محلول کلرید وارد کنیم، هیچگونه واکنشی انجام نمی‌گیرد.
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2
علاوه بر واکنش فوق ، سوختن انواع سوخت‌ها مانند
بنزین ،
نفت ،
گاز طبیعی و... در مجاورت هوا ، محکم شدن تدریجی
سیمان ، پختن تخم مرغ ، مچاله شدن
نایلون در برابر شعله ، نمونه‌هایی از واکنش‌های برگشت ناپذیرند.
واکنش‌های برگشت پذیر
این واکنش‌ها در شرایط مناسب در هر دو جهت رفت و برگشت پیش می‌روند، مثلا اگر بخار آب را از روی
گرد آهن داغ عبور دهند،
اکسید آهن همراه با
گاز هیدروژن پدید می‌آید.
(3Fe(s) + 4H2O(g) → Fe3O4(s) + 4H2 (g
و اگر گاز هیدروژن را بر اکسید آهن (
Fe3O4 ) عبور دهند، آهن و بخار آب تولید می‌شود. واکنش برگشت:
Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O
واکنش رفت و برگشت در مجموع یک
واکنش برگشت پذیر را تشکیل می‌دهند و در نتیجه ، واکنش اثر بخار آب بر آهن داغ ، برگشت پذیر است. در زندگی روزانه با موارد زیادی از واکنش‌های برگشت پذیر برخورد می‌کنیم، مانند شارژ مجدد
باطری اتومبیل.
مواد شیمیایی موجود در باطری خودرو هنگام تولید جریان برق بتدریج مصرف شده و به مواد دیگری تبدیل می‌شود. با شارژ مجدد باطری ، واکنش‌های برگشت انجام می‌گیرند و مواد اولیه پدید می‌آیند.
مثالهایی از فرایندهای شیمیایی
همانظور که قبلا ذکر شد، در تغییر شیمیایی ، ماهیت شیمیایی مواد تغییر می‌یابد و فراورده‌های جدید با خواص متفاوت از مواد اولیه تولید می‌شود. بنابراین پدیده های زیر نمونه هایی از تغییرهای شیمیایی محسوب می‌شوند:
- سوختن انواع سوخت‌ها. مانند بنزین ، نفت ، گاز طبیعی و... در مجاورت هوا
- زنگ زدن فلزات
- گوارش غذا
- رسیدن میوه
- پختن غذا
- فساد مواد
- محکم شدن تدریجی سیمان.
- انحلال آمونیاک در آب. زیرا در اثر انحلال ، قسمتی از مولکولهای آمونیاک با مولکولهای آب ترکیب شده و ماده جدیدی به نام هیدروکسیدآمونیوم تولید می‌نمایند. بهمین دلیل که واکنش شیمیایی بین حلال و حل شونده رخ می‌دهد، حل شدن بیشتر جنبه شیمیایی دارد.
- لخته شدن مواد کلوئیدی. در اثر لخته شدن ، پیوندهای جدیدی تشکیل می‌گردد که باعث تجمع مولکولهای یک محلول کلوئیدی می‌شود.
- تشکیل بخارات در اثر حرارت دادن اکسید جیوه
مباحث مرتبط با عنوان
