ХИМИЧЕСКИ ПРОМЕНИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПРИМЕРИ, ВИДОВЕ - ХИМИЯ - 2025

На химични промени са промените, които настъпват в вещества или вещества от химични реакции. Те се характеризират с необратимост, тъй като включват образуването на нови връзки, които се нуждаят от енергия или други реакции, за да обърнат ефектите си.

Животът и неговата биохимия, например, се състоят от постоянни химически промени, които разкриват безброй реакции, протичащи в живите същества. Резултатът е растеж, развитие и стареене на растителни и животински тъкани; че както е известно научно и термодинамично, това е необратим процес.

Промяната в цвета на листата по време на есента е пример за химическа промяна. Източник: Джейк Колвин чрез Pexels.

Ето защо в живите същества, от безгръбначни до гръбначни, ние откриваме химически промени, дори докато консумират храната си, тъй като те използват ензимни реакции, за да ги разграждат и да се възползват от енергията и химическия материал, който извличат от тях.

Как да разпознаем химичните промени?

Пример за химическа промяна

Една от основните характеристики, за да ги разпознаете в природата, е да наблюдавате дали се наблюдава промяна в цвета или ако се отделя определена миризма. Така през сезоните на годината се оценява как дърветата постепенно започват да променят цвета на листата си; в тях хлорофилът и неговите естествени пигменти преминават химически реакции.

Зачервяването на листата през есента е много ясен пример за химическа промяна. Свързването на това с живота, октоподите и хамелеоните се камуфлират благодарение на поредица от химически реакции, които включват клетките на кожите им; но за разлика от листата, те могат да обърнат промените в цвета чрез други реакции, които "дезактивират" камуфлажа.

Различните цветове на небето и облаците обаче не са продукт на химически, а физически промени: разсейването на Релей. Междувременно избелването на дрехите и отстраняването на петната им, както и оцветяването на дрехи с багрила, са химически промени.

характеристики

Беше споменато, че промяната в цвета и миризмата са две от основните характеристики, че е настъпила химическа промяна и че следователно е настъпило явление, което включва една или множество химични реакции.

След това ще бъдат разгледани други важни характеристики, които ни позволяват да го открием директно със сетивата си. Колкото повече характеристики могат да се възприемат, толкова по-вероятно е да сме изправени пред химическа промяна, а не физическа.

Промяна в температурата или освобождаване на светлина

Химическата промяна е придружена от повишаване (екзотермична реакция) или намаляване (ендотермична реакция) в температурата; тоест, ако се произвежда топлина или, напротив, се получава усещането за студ, съответно. Също така понякога отделянето на топлина става паралелно на появата на светлина.

Образуване на газ

Образуването на газове е пряко свързано с промените в миризмите. Ако газът се образува в течна среда, ще се наблюдава барботиране, което е индикация за химическа промяна.

Това е така, защото има молекули с високо налягане на парата, които лесно се улавят от въздуха, или отделянето на малки молекули, като CO ₂, H ₂ S, CH ₄, O ₂ и т.н., които са крайни продукти на определени реакции.

Образуване на утайка

Ако реакциите протичат в течна среда и образуването на утайка започва да се наблюдава, независимо от нейния цвят или текстура, се казва, че е настъпила химическа промяна. По същия начин би могло да се случи случаят, когато два газа се смесват и образуват пепел или соли.

необратимост

Въпреки че е вярно, че има обратими реакции, способни да установят равновесие, промените, генерирани с описаните до момента характеристики сами по себе си, са необратими; Те се нуждаят от други реакции или енергия от всякакъв вид, за да се намесят, за да се върнат ефектите им. И все пак в много случаи това е практически невъзможно.

Тази необратимост се наблюдава при промяна на състава или влошаване на материята. Например дърво, което гори в пламъци и завършва в пепел, чийто краен състав е различен от този на дървото, няма да може да обърне химическата промяна, настъпила по никакъв начин; Освен ако времето не може да бъде върнато назад

Видове

Самите химични промени не подлежат на никаква класификация: те се възприемат с нашите сетива и може да се направи извод или да се изследва какви видове химични реакции протичат. Така такива промени се дължат на група неорганични, органични или биохимични реакции.

Когато се говори за неорганични „промени“, се казва, че не е включено въглеродно скелетно съединение, а по-скоро всички комплекси от преходни метали; оксиди, сулфиди, хидриди, нитриди, халогени, сред другите съединения.

Междувременно съединенията на въглеродния диоксид участват в органични и биохимични промени с тази разлика, че първите обикновено се появяват извън организмите (с изключение на реакциите, провеждани от лекарства), а вторите в тях (по отношение на ензимите)., метаболизъм, биомолекули).

Примери

Пожълтяване на хартии

Сгъвките на хартията с времето пожълтяват. Източник: makamuki0 през Pixabay.

Хартиите с течение на времето губят своята белота и стават жълтеникави или кафяви. Този процес се дължи на окисляването на неговите полимери, особено лигнин, които заедно с целулозата включват кислородни атоми, които в крайна сметка отслабват междумолекулните им взаимодействия.

Фойерверки

Фойерверките представляват реакция на горене, при която смес от горива, калиев нитрат, въглерод и сяра гори, като в същото време електронно възбужда металните соли, които импрегнират получените експлозии с цветове.

кухини

Кариесът генерира промяна в цвета на зъбите поради тяхната деминерализация, причинена от киселините, генерирани, когато микроорганизмите усвояват захарозата от храната. Зъбният емайл, който се състои от минералогична матрица от калциеви фосфати, губи своите йони, тъй като киселинността се повишава и образуването на кухини прогресира.

Растеж на водорасли

Слоят водорасли и микроорганизми, който расте в езера, понякога е такъв, че може да стане лепкав. Източник: Майкъл Майтерс (https://www.flickr.com/photos/psychofreakx3/5963134909)

Евтрофикацията на езерата насърчава растежа на водорасли, които покриват повърхността им в зелено в резултат на промяна в химичните свойства на водата; промяна, която в крайна сметка е видима и отрицателна за водната фауна.

Разтваряне на Alka-Seltzer

Алка-Seltzer, когато се разтвори във вода, започват да отделят мехурчета, които демонстрират своята ефервесценция. Газовете се дължат на СО ₂, генериран от разтварянето на NaHCO ₃, заедно с лимонена и ацетилсалицилова киселини, влизащи в компактното таблетката.

Телесни мор

Когато се потим е рано или късно неизбежно да възприемаме неприятни миризми, разположени под мишниците, по кожата или по стъпалата. Тези лоши миризми се дължат на летливи органични молекули, синтезирани от микроорганизми, и показват, че е настъпила химическа промяна.

гниене

Органичното разлагане на живи същества или храна са химични промени, които включват серия от сложни реакции. Лошите миризми са придружени от промяна в състава, както и в цвета. Например гниенето на плодове като банани и авокадо показва всички тези характеристики.

Кокс и мента

Смес от кокс и мента изригва като сода вулкан. Източник: Майкъл Мърфи

Въпреки че формално е физическа реакция, без разрушаване на химически връзки, но с последователно участие на равновесие между видовете H ₂ CO ₃ и CO ₂, изригването на кока-кола мента може да се приеме като ориентир за откриване на други експлозии, които правят може да е чисто химичен.

Peppermint осигурява места за нуклеиране за образуване на малки мехурчета CO ₂, които абсорбират част от разтворения CO _2, като пречат на взаимодействията му с водни молекули. По този начин разтвореният CO _{2 се} концентрира в множество малки мехурчета, които се противопоставят на нарастващото повърхностно напрежение на водата, причинено от захар и други съединения.

Резултатът е, че мехурчетата CO ₂ избягат, влачейки водата, която не иска да ги „освободи“. Това причинява появата на характерната пяна на тези ментови обриви, както се вижда на изображението по-горе.

Експлозии

Обикновено експлозиите са много бурни реакции на горене, от които се отделят дим, светлина и топлина. Където и да се случи експлозия, вие сте изправени пред химическа промяна.

Горене на дърва

Дървесината е по същество от целулоза и лигнин, и двата органични полимера. Неговите въглеродни атоми реагират енергично с кислорода във въздуха, причинявайки CO и CO ₂, в зависимост от пълното изгаряне и степента на оксигенация.

Това е химическа промяна, тъй като полимерите в дървесината не могат да се върнат в първоначалното си състояние в допълнение към отделянето на топлина, светлина и дим.

Слънчево дъбене

Химическа промяна се отразява в тановете на тези, които се наслаждават на ден на плажа. Източник: Pxhere.

Зачервяването или тенът на кожата ни, когато е под интензивно слънце, показва, че е имало промяна в нейния състав поради реакцията на съдържащия се в нейните клетки меланин, който се окислява и разлага.

Сок от червено зеле

Епруветки с индикатор за пурпурно зеле. Източник: Indikator-Blaukraut.JPG: Supermartlderivative work: Haltopub

Започвайки от сока от лилаво зеле, може да се постави експеримент, който да показва промените в цвета като функция на pH. Възпроизвежда се лесно във всяка лаборатория или кухня.

Ако този сок се добави в различни епруветки, те са етикетирани и към тях се добавят различни вещества, от кисел (оцет) до алкален (детергент), ще има гама от цветове (горно изображение).

Това е така, защото сокът от лилаво зеле съдържа естествени индикатори на киселинни основи, които реагират на промените в pH. Колкото по-кисел е разтворът, толкова по-червен ще изглежда; и ако напротив е много основен, той ще се превърне в жълтеникав.

Сгответе яйце

Когато едно яйце се пържи или свари, ние позволяваме на топлината да денатурира протеините му, разрушавайки връзките му и образувайки други, докато губи първоначалната си структура.

Избледняване на кожа

Цветовете на кожата могат да избледнеят поради кислорода във въздуха и UV лъчението, и двете причиняват разрушаване на химическите връзки между багрилата и органичния материал.

Печен

Промяната в цвета, която се наблюдава при хлябовете и сладкишите, както и очевидното им увеличаване на обема в сравнение със суровото тесто, е показателно за няколко химически промени.

Първо, заради повишаването, причинено от мая и бакпулвер; и второ, чрез реакцията на Майлард, където протеините и захарите реагират помежду си, за да превърнат сместа в златиста.

корозия

Металите ръждясват, така че те губят блясъка си, потъмняват и започват да корозират, когато образуваните оксидни слоеве вече не могат да се прилепват или да се свързват с металната вътрешност. Най-представителната корозия е тази на желязото, поради характерния кафяв цвят на неговия оксид.

Батерии

В батериите или клетките възникват химични реакции, които генерират електричество, електрически токове, които протичат през външна верига и активират устройствата им. По същество анодът губи електрони (окисляване), тези електрони активират устройството (дистанционно управление, телефон, часовник, показалец и др.) И след това се озовават на катода (редукция).

Кръв от комари

Ако комар ни ухапе и ги убием моментално или в рамките на няколко минути, ще забележим, че кръвта е светлочервена. Междувременно, ако мине период от няколко часа и убием същия този комар, ще видим, че кръвта е тъмна, дори ще има кафяви тонове.

Тази промяна в цвета е показателна, че кръвта е претърпяла химически реакции в рамките на комара.

Йоден часовник

Реакцията на йодния часовник е една от най-представителните за химическа промяна. Източник: Даниел Дж. Лулу

Една от най-впечатляващите химични промени се наблюдава в известната реакция на йоден часовник. Нарича се така, защото скоростта му може да се контролира чрез промяна на концентрацията на реагентите. Реакцията приключва, когато се появи интензивен, много тъмно син цвят, в голям контраст с първоначалната наблюдавана прозрачност.

Този цвят (горно изображение) се дължи на взаимодействия между нишесте и анионния комплекс I ₃ ^-. Една от неговите версии започва от йодат, IO ₃ ^- и бисулфит, HSO ₃ ^-:

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

I ^- реагира с IO ₃ ^- от средата за генериране на йод:

IO ₃ ^- + 5I ^- + 6Н ⁺ → 3I ₂ + 3H ₂ О

А това от своя страна реагира с повече бисулфит:

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

След като HSO ₃ ^- е завършен, втората реакция ще преобладават, докато има излишък от I ₂, който ще се свърже с I ^- за да се образува I ₃ ^-. И накрая, I ₃ ^{- ще} взаимодейства с молекулите на нишестето, потъмнявайки разтвора.

Слонова паста

Експеримент с слонова паста. Източник: Ferbr1 чрез Wikipedia.

Отново и накрая се назначава специфична химическа реакция, но с промени, които са твърде видими, за да бъдат пропуснати: слонова паста за зъби (горно изображение). В определени видеоклипове количеството пяна е такова, че буквално бихте могли да намажете устата на слон.

Тази реакция се основава на каталитично разлагане на водороден пероксид, H ₂ O ₂ (водороден пероксид), с йодни йони, I ^- от разтворими соли, такива като натриев йодид или калиев йодид. Първата реакция, която възниква, е съгласно следното химическо уравнение:

H ₂ O ₂ + I ^- → H ₂ O + IO ^-

В IO ^- видове впоследствие реагира с H ₂ O ₂ във втора реакция:

IO ^- + H ₂ O ₂ → H ₂ O + O ₂ + I ^-

Когато катализатор I се регенерира ^- (не се консумира).

Имайте предвид, че крайните продукти са H ₂ O и O ₂. Ако към реакционната смес се добавят детергент и оцветители, водата заедно с кислорода ще се пени енергично, което ще се издигне през контейнера и ще изстреля нагоре, срещу гравитацията.

Изгори хартия

При изгаряне на хартия се получават въглероден диоксид, водна пара и пепел. Тези три вещества са химически различни от първото вещество, така че това е химическа промяна.

Окисляване на ябълка

Когато една ябълка е нарязана и оставена на открито, тя се превръща от цвят на слонова кост до кафява или охра. Това се нарича окисляване.

Хранително гниене

Когато храната се разваля, настъпва химическа промяна. Например, изгнилите яйца преминават през процес на разлагане, което ги кара да променят цвета и миризмата.

Производство на кисело мляко

Киселото мляко е резултат от химическа промяна, включваща мляко и някои бактерии, като Streptococcus thermophilus и Lactobacilli bulgaricus.

Отворена бутилка шампанско

Когато отворите бутилка шампанско или безалкохолна напитка, забелязвате бълбукане. Това барботиране означава, че въглеродната киселина в напитката се разгражда, отделяйки въглероден диоксид.

Производство на вино

Създаването на вино от грозде е процес на ферментация. Това е пример за анаеробна химическа реакция, при която захарта се трансформира в етилов алкохол и въглероден диоксид.

Препратки

1. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. (2008 г.). Химия (8-мо изд.). CENGAGE Обучение.
2. Хелменстин, Ан Мари, доктор на науките (08 октомври 2019 г.). Определение за химическа промяна в химията. Възстановено от: thinkco.com
3. Wikipedia. (2019). Химическа промяна. Възстановено от: en.wikipedia.org
4. Mandeep Sohal. (29 септември 2019 г.). Химическа промяна vs. Физическа промяна. Химия LibreTexts. Възстановено от: chem.libretexts.org
5. Нейтън Крофорд. (2019). Какво е химическа промяна? - Свойства, видове и примери Видео. Изследване. Възстановено от: study.com
6. Как нещата работят. (2019). Защо вестниците пожълтяват с течение на времето? Възстановени от: science.howstuffworks.com
7. Приятели на науката. (14 юни 2012 г.). Науката за разпръскване: изригване на диетичен кокс с ментос. Възстановено от: scienceamerican.com
8. Quimitube. (2014). Лабораторни преживявания: Йодният часовник. Възстановено от: quimitube.com