تاریخچه ی:
تغییر شیمیایی
||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.||
!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.
!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 ((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
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__::
::__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.
~~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.
!!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.
~~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:
~~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.
!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:
*~~brown:__سوختن انواع سوختها__~~. مانند بنزین ، نفت ، گاز طبیعی و... در مجاورت هوا
*~~brown:__زنگ زدن فلزات__~~
*~~brown:__گوارش غذا__~~
*~~brown:__رسیدن میوه__~~
*~~brown:__پختن غذا__~~
*~~brown:__فساد مواد__~~
*~~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:__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__~~
!مباحث مرتبط با عنوان
*((تغییر فیزیکی))
*((شیمی))
*((مواد شیمیایی))
*((واکنش برگشت پذیر))
*((واکنش برگشت ناپذیر))
*((واکنش تجزیه))
*((واکنش ترکیب))
*((واکنش شیمیایی))