تاریخچه ی:
تغییر شیمیایی
تفاوت با نگارش: 2
|
| |
|
| ||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 ((مواد شیمیایی|ماده شیمیایی)) دیگر تبدیل میشود.|| | | ||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 ((مواد شیمیایی|ماده شیمیایی)) دیگر تبدیل میشود.|| |
| |
| + | |
| + | | |
| {img src=img/daneshnameh_up/c/c1/natrium3.jpg} | | {img src=img/daneshnameh_up/c/c1/natrium3.jpg} |
| + | |
| + | |
| | | | |
|
| !دید کلی | | !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 ((قابلیت انحلال مواد|انحلال)) نمک ها و بازها در ((آب)) ، تغییر فیزیکی محسوب میشوند.
لیکن در تغییر شیمیایی ، در واقع اتصال ((اتم|اتمها)) به یکدیگر در واکنش دهنده ها دستخوش تغییر میشود و همچنین ((آرایش الکترونی عناصر|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 ((واکنش ترکیبی|ترکیب)) ، ((واکنش تجزیه|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. | | 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 ((قابلیت انحلال مواد|انحلال)) نمک ها و بازها در ((آب)) ، تغییر فیزیکی محسوب میشوند.
لیکن در تغییر شیمیایی ، در واقع اتصال ((اتم|اتمها)) به یکدیگر در واکنش دهنده ها دستخوش تغییر میشود و همچنین ((آرایش الکترونی عناصر|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 ((واکنش ترکیبی|ترکیب)) ، ((واکنش تجزیه|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 | | !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. | | 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 | | !انرژی شیمیایی |
| هر نوع ((پیوند شیمیایی و انواع آن|پیوندی)) میان اتمهای مختلف سازنده ((مولکول)) یک جسم ، نوعی انرژی بنام در "__~~green: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؟ | | هر نوع ((پیوند شیمیایی و انواع آن|پیوندی)) میان اتمهای مختلف سازنده ((مولکول)) یک جسم ، نوعی انرژی بنام در "__~~green: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 | | !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 ((واکنش سوختن|واکنشهای سوختن)) __متان__ و با تشکیل __کلرید هیدروژن__ که در آنها ، سطح انرژی فراوردههای واکنش از مواد واکنشدهنده پایینتر باشد، بعلت تولید انرژی گرمایی ((واکنش گرمازا|گرماده)) میگوییم و در مقابل ، واکنشهایی که در آنها سطح انرژی شیمیایی فراوردهها بیشتر از واکنشدهندهها باشد، ((واکنش گرماگیر|واکنشهای گرماگیر)) نامیده میشوند و برای انجام چنین واکنشی باید مقداری گرما به اجزای واکنشدهنده داده شود، مانند ((واکنش تجزیه|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 هستهای|سطح انرژی)) مواد اولیه و محصولات عمل است که معمولا به تغییر محتوای گرمایی ، __~~green:تغییر آنتالپی~~__ گفته میشود و با __ΔH__ نمایش میدهند و در یک واکنش گرماده خواهیم داشت:
| | 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 ((واکنش سوختن|واکنشهای سوختن)) __متان__ و با تشکیل __کلرید هیدروژن__ که در آنها ، سطح انرژی فراوردههای واکنش از مواد واکنشدهنده پایینتر باشد، بعلت تولید انرژی گرمایی ((واکنش گرمازا|گرماده)) میگوییم و در مقابل ، واکنشهایی که در آنها سطح انرژی شیمیایی فراوردهها بیشتر از واکنشدهندهها باشد، ((واکنش گرماگیر|واکنشهای گرماگیر)) نامیده میشوند و برای انجام چنین واکنشی باید مقداری گرما به اجزای واکنشدهنده داده شود، مانند ((واکنش تجزیه|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 هستهای|سطح انرژی)) مواد اولیه و محصولات عمل است که معمولا به تغییر محتوای گرمایی ، __~~green:تغییر آنتالپی~~__ گفته میشود و با __ΔH__ نمایش میدهند و در یک واکنش گرماده خواهیم داشت:
|
| ::__H1: سطح انرژی مواد واکنش دهنده__:: | | ::__H1: سطح انرژی مواد واکنش دهنده__:: |
| ::__H2: سطح انرژی مواد حاصل__:: | | ::__H2: سطح انرژی مواد حاصل__:: |
| ::__H2 < H1__:: | | ::__H2 < H1__:: |
| ::__H2-H1< 0__:: | | ::__H2-H1< 0__:: |
| به این ترتیب تغییر آنتالپی __ΔH__ در یک واکنش انرژیده ، __منفی__ است.
در یک واکنش گرماگیر خواهیم داشت:
| | 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__:: | | ::__H2>H1→H2-H1>0→ΔH>0__:: |
| |
| + | |
| + | | |
| {img src=img/daneshnameh_up/b/bd/0011.jpg} | | {img src=img/daneshnameh_up/b/bd/0011.jpg} |
| + | |
| + | |
| | | | |
|
| پس تغییر آنتالپی ، __ΔH__ در یک واکنش انرژیگیر ، __مثبت__ است. | | پس تغییر آنتالپی ، __ΔH__ در یک واکنش انرژیگیر ، __مثبت__ است. |
| !واکنشهای شیمیایی برگشت پذیر و برگشت ناپذیر | | !واکنشهای شیمیایی برگشت پذیر و برگشت ناپذیر |
| !!واکنشهای 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.
| | 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.
|
| ~~green:::__Mg + 2HCl → MgCl2 + H2__::~~ | | ~~green:::__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. | | 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 | | !!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. | | 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. |
| ~~green:::__(3Fe(s) + 4H2O(g) → Fe3O4(s) + 4H2 (g__::~~ | | ~~green:::__(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:
| | و اگر گاز هیدروژن را بر اکسید آهن ( __Fe3O4__ ) عبور دهند، آهن و بخار آب تولید میشود. واکنش برگشت:
|
| ~~green:::__ Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O__::~~ | | ~~green:::__ 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 خودرو|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. | | 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 خودرو|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. |
| |
| + | |
| + | | |
| {img src=img/daneshnameh_up/c/ce/chem4.jpg} | | {img src=img/daneshnameh_up/c/ce/chem4.jpg} |
| + | |
| + | |
| | | | |
|
| !مثالهایی از فرایندهای شیمیایی | | !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:
| | 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:
|
| *~~brown:__سوختن انواع سوختها__~~. مانند بنزین ، نفت ، گاز طبیعی و... در مجاورت هوا | | *~~brown:__سوختن انواع سوختها__~~. مانند بنزین ، نفت ، گاز طبیعی و... در مجاورت هوا |
| *~~brown:__زنگ زدن فلزات__~~ | | *~~brown:__زنگ زدن فلزات__~~ |
| *~~brown:__گوارش غذا__~~ | | *~~brown:__گوارش غذا__~~ |
| *~~brown:__رسیدن میوه__~~ | | *~~brown:__رسیدن میوه__~~ |
| *~~brown:__پختن غذا__~~ | | *~~brown:__پختن غذا__~~ |
| *~~brown:__فساد مواد__~~ | | *~~brown:__فساد مواد__~~ |
| *~~brown:__محکم شدن تدریجی سیمان__~~. | | *~~brown:__محکم شدن تدریجی سیمان__~~. |
| *~~brown:__انحلال آمونیاک در آب__~~. زیرا در اثر ((قابلیت انحلال مواد|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. | | *~~brown:__انحلال آمونیاک در آب__~~. زیرا در اثر ((قابلیت انحلال مواد|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. |
| *~~brown:__لخته شدن مواد کلوئیدی__~~. در اثر لخته شدن ، پیوندهای جدیدی تشکیل میگردد که باعث تجمع مولکولهای یک ((محلول کلوئیدی)) میشود. | | *~~brown:__لخته شدن مواد کلوئیدی__~~. در اثر لخته شدن ، پیوندهای جدیدی تشکیل میگردد که باعث تجمع مولکولهای یک ((محلول کلوئیدی)) میشود. |
| *~~brown:__تشکیل بخارات در اثر حرارت دادن اکسید جیوه__~~ | | *~~brown:__تشکیل بخارات در اثر حرارت دادن اکسید جیوه__~~ |
| !مباحث مرتبط با عنوان | | !مباحث مرتبط با عنوان |
| *((تغییر فیزیکی)) | | *((تغییر فیزیکی)) |
| *((شیمی)) | | *((شیمی)) |
| *((مواد شیمیایی)) | | *((مواد شیمیایی)) |
| *((واکنش برگشت پذیر)) | | *((واکنش برگشت پذیر)) |
| *((واکنش برگشت ناپذیر)) | | *((واکنش برگشت ناپذیر)) |
| *((واکنش تجزیه)) | | *((واکنش تجزیه)) |
| *((واکنش ترکیب)) | | *((واکنش ترکیب)) |
| *((واکنش شیمیایی)) | | *((واکنش شیمیایی)) |