ХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПРИМЕРЫ, ВИДЫ - ХИМИЯ - 2026

В химических изменениях являются изменениями , которые происходят в веществах или независимо от химических реакций. Они характеризуются необратимостью, поскольку включают образование новых связей, требующих энергии или других реакций, чтобы обратить их действие.

Например, жизнь и ее биохимия состоят из постоянных химических изменений, которые обнаруживают множество реакций, происходящих внутри живых существ. Результат - рост, развитие и старение тканей растений и животных; что, как хорошо известно, с научной и термодинамической точки зрения, это необратимый процесс.

Изменение цвета листьев осенью - пример химического изменения. Источник: Джейк Колвин через Pexels.

Вот почему у живых существ, от беспозвоночных до позвоночных, мы обнаруживаем химические изменения, даже когда они потребляют свою пищу, поскольку они используют ферментативные реакции, чтобы разложить их и использовать энергию и химический материал, который они извлекают из них.

Как распознать химические изменения?

Пример химического изменения

Одна из основных характеристик, позволяющих распознать их в природе, - это наблюдение за изменением цвета или появлением определенного запаха. Таким образом, в разные времена года можно оценить, как деревья постепенно начинают менять цвет своих листьев; в них хлорофилл и его природные пигменты подвергаются химическим реакциям.

Покраснение листьев осенью - очень яркий пример химического изменения. Связав это с жизнью, осьминоги и хамелеоны маскируются благодаря серии химических реакций, в которых участвуют клетки их кожи; но в отличие от листьев, они могут обратить вспять изменение цвета посредством других реакций, которые «деактивируют» маскировку.

Однако разные цвета неба и облаков являются результатом не химических, а физических изменений: рассеяния Рэлея. Между тем, отбеливание одежды и удаление с них пятен, а также окрашивание одежды красителями - это химические изменения.

характеристики

Было упомянуто, что изменение цвета и запаха являются двумя из основных характеристик того, что произошло химическое изменение, и что, следовательно, произошло явление, включающее одну или несколько химических реакций.

Далее будут рассмотрены другие важные характеристики, которые позволяют нам обнаруживать это напрямую нашими чувствами. Чем больше характеристик можно воспринять, тем более вероятно, что мы сталкиваемся с химическим, а не физическим изменением.

Изменение температуры или выход света

Химическое изменение сопровождается повышением (экзотермическая реакция) или понижением (эндотермическая реакция) температуры; то есть, если выделяется тепло или, наоборот, возникает ощущение холода, соответственно. Также иногда выделение тепла происходит параллельно появлению света.

Образование газа

Образование газов напрямую связано с изменением запахов. Если в жидкой среде образуется газ, будут наблюдаться пузырьки, указывающие на химические изменения.

Это связано с тем, что существуют молекулы с высоким давлением пара, которые легко увлекаются воздухом, или из-за выделения небольших молекул, таких как CO ₂ , H ₂ S, CH ₄ , O ₂ и т. Д., Которые являются конечными продуктами определенные реакции.

Образование осадка

Если реакции происходят в жидкой среде и начинает наблюдаться образование осадка, независимо от его цвета или текстуры, считается, что произошло химическое изменение. Точно так же это может быть случай, когда два газа смешиваются и образуют золу или соли.

необратимость

Хотя верно то, что существуют обратимые реакции, способные установить равновесие, изменения, вызванные описанными до сих пор характеристиками, сами по себе необратимы; Им нужны другие реакции или энергия любого рода, чтобы вмешаться, чтобы их эффекты были обращены вспять. И все же во многих случаях это практически невозможно.

Эта необратимость наблюдается при изменении состава или порче вещества. Например, дерево, которое горит в огне и заканчивается пеплом, окончательный состав которого отличается от дерева, никаким образом не сможет обратить вспять произошедшие химические изменения; Если время не повернуть вспять

Типы

Сами химические изменения не подлежат какой-либо классификации: они воспринимаются нашими органами чувств, и можно сделать вывод или исследовать, какие типы химических реакций имеют место. Таким образом, такие изменения происходят из-за группы неорганических, органических или биохимических реакций.

Говоря о неорганических «изменениях», говорят, что речь идет не об углеродном скелетном соединении, а о всех комплексах переходных металлов; оксиды, сульфиды, гидриды, нитриды, галогены и другие соединения.

Между тем, в органических и биохимических изменениях участвуют соединения углерода, с той разницей, что первые обычно происходят вне организмов (кроме реакций, осуществляемых лекарствами), а вторые - внутри них (в отношении ферментов). , метаболизм, биомолекулы).

Примеры

Пожелтение бумаг

Складки бумаги со временем желтеют. Источник: makamuki0 через Pixabay.

Бумага со временем теряет белизну, становится желтоватой или коричневой. Этот процесс происходит из-за окисления его полимеров, особенно лигнина, который вместе с целлюлозой включает атомы кислорода, которые в конечном итоге ослабляют их межмолекулярные взаимодействия.

Фейерверк

Фейерверк представляет собой реакцию горения, при которой горит смесь топлива, нитрата калия, углерода и серы, одновременно возбуждая электронным способом соли металлов, окрашивающие полученные взрывы.

Кариес

Кариес вызывает изменение цвета зубов из-за их деминерализации, вызванной кислотами, образующимися при переваривании сахарозой из пищи микроорганизмами. Зубная эмаль, состоящая из минералогической матрицы фосфатов кальция, теряет свои ионы по мере увеличения кислотности и прогрессирования образования полостей.

Рост водорослей

Слой водорослей и микроорганизмов, растущий в озерах, иногда бывает таким, что становится липким. Источник: Майкл Мейтерс (https://www.flickr.com/photos/psychofreakx3/5963134909)

Эвтрофикация озер способствует росту водорослей, которые покрывают их поверхность зеленым цветом в результате изменения химических свойств воды; изменения, которые в конечном итоге становятся заметными и негативными для водной фауны.

Растворение Алка-Зельцера

Alka-Seltzer при растворении в воде начинает выделять пузырьки, которые демонстрируют свое вскипание. Газы образуются из-за CO _2, образующегося при растворении NaHCO ₃ , вместе с лимонной и ацетилсалициловой кислотами, которые входят в уплотненную таблетку.

Телесные моры

Когда мы потеем, рано или поздно мы неизбежно ощущаем неприятные запахи, расположенные под мышками, на коже или ступнях. Эти неприятные запахи возникают из-за летучих органических молекул, синтезируемых микроорганизмами, и указывают на то, что произошло химическое изменение.

гниение

Органическое разложение живых существ или продуктов питания - это химические изменения, которые включают ряд сложных реакций. Неприятный запах сопровождается изменением состава, а также цвета. Например, гниль фруктов, таких как бананы и авокадо, демонстрирует все эти характеристики.

Кокс и мята

Смесь кокса и мяты извергается, как содовый вулкан. Источник: Майкл Мерфи

Хотя формально это физическая реакция, без разрыва химических связей, но с последовательным участием равновесия между частицами H ₂ CO ₃ и CO ₂ , извержение кока-колы-мяты можно рассматривать как эталон для обнаружения других взрывов, которые действительно может быть чисто химическим.

Мята перечная обеспечивает места зародышеобразования для образования крошечных пузырьков CO ₂ , которые поглощают часть растворенного CO ₂ , препятствуя его взаимодействию с молекулами воды. Таким образом, растворенный CO ₂ концентрируется в виде множества маленьких пузырьков, которые препятствуют увеличению поверхностного натяжения воды, вызванному сахаром и другими соединениями.

В результате пузырьки CO ₂ ускользают, увлекая за собой воду, которая не хочет их «выпускать». Это вызывает появление характерной пены этих высыпаний из перечной мяты, как показано на изображении выше.

Взрывы

Взрывы обычно представляют собой очень бурные реакции горения, в результате которых выделяются дым, свет и тепло. Где бы ни произошел взрыв, вы столкнетесь с химическим изменением.

Сжигание древесины

Дерево в основном состоит из целлюлозы и лигнина - органических полимеров. Его атомы углерода энергично реагируют с кислородом воздуха, вызывая CO и CO ₂ , в зависимости от того, насколько полное сгорание и степень оксигенации.

Это химическое изменение, потому что полимеры в древесине не могут вернуться в исходное состояние, помимо выделения тепла, света и дыма.

Солнечный загар

Химические изменения отражаются на цвете загара тех, кто любит проводить день на пляже. Источник: Pxhere.

Покраснение или загар нашей кожи на ярком солнце указывает на то, что произошло изменение ее состава из-за реакции меланина, содержащегося в ее клетках, которые окисляются и разлагаются.

Сок красной капусты

Пробирки с индикатором пурпурной капусты. Источник: Indikator-Blaukraut.JPG: Supermartl, производная работа: Haltopub

Начиная с сока пурпурной капусты, можно провести эксперимент, чтобы показать изменение цвета в зависимости от pH. Его легко воспроизвести в любой лаборатории или на кухне.

Если этот сок добавить в разные пробирки, они промаркированы, и в них добавлены разные вещества, от кислых (уксус) до щелочных (моющее средство), будет диапазон цветов (верхнее изображение).

Это связано с тем, что сок пурпурной капусты содержит натуральные кислотно-щелочные индикаторы, которые реагируют на изменение pH. Чем кислотнее раствор, тем он будет краснее; а если наоборот очень простой, он станет желтоватым.

Приготовить яйцо

Когда яйцо жарят или готовят, мы позволяем теплу денатурировать его белки, разрывая их связи и формируя другие, теряя при этом свою первоначальную структуру.

Выцветание кожи

Цвет кожи может выцветать из-за воздействия кислорода в воздухе и УФ-излучения, которое вызывает разрушение химических связей между красителями и органическим материалом.

запеченный

Изменение цвета хлеба и сладостей, а также их очевидное увеличение в объеме по сравнению с сырым тестом указывают на различные химические изменения.

Во-первых, из-за роста, вызванного дрожжами и разрыхлителем; и, во-вторых, реакцией Майяра, где белки и сахара реагируют друг с другом, превращая смесь в золотой.

коррозия

Металлы ржавеют, теряют свой блеск, темнеют и начинают корродировать, когда образовавшиеся оксидные слои больше не могут прилипать или связываться с внутренней частью металла. Наиболее характерной формой коррозии является коррозия железа из-за характерного коричневого цвета его оксида.

батареи

Внутри батарей или элементов происходят химические реакции, которые генерируют электричество, электрические токи, которые проходят через внешнюю цепь и активируют их устройства. По сути, анод теряет электроны (окисление), эти электроны активируют устройство (пульт дистанционного управления, телефон, часы, указатель и т. Д.), А затем попадают на катод (восстановление).

Кровь комара

Если нас укусил комар, и мы убьем его мгновенно или в течение нескольких минут, мы заметим, что кровь станет светло-красной. Между тем, если пройдет несколько часов и мы убьем того же комара, мы увидим, что кровь темная, она даже будет иметь коричневые тона.

Это изменение цвета указывает на то, что кровь в комаре претерпела химические реакции.

Йод часы

Йодная часовая реакция - одна из наиболее характерных черт химического изменения. Источник: Дэниел Дж. Лулу

Одно из самых впечатляющих химических изменений наблюдается в знаменитой часовой реакции йода. Он называется так потому, что его скорость можно регулировать, изменяя концентрацию реагентов. Реакция заканчивается, когда появляется интенсивный, очень темно-синий цвет, который сильно контрастирует с наблюдаемой первоначальной прозрачностью.

Этот цвет (верхнее изображение) обусловлен взаимодействием крахмала и анионного комплекса I ₃ ^- . Одна из его версий начинается с йодата IO ₃ ^- и бисульфита HSO ₃ ^- :

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

I ^- реагирует с IO ₃ ^- из среды с образованием йода:

IO ₃ ^- + 5I ^- + 6H ⁺ → 3I ₂ + 3H ₂ O

А это, в свою очередь, вступает в реакцию с большим количеством бисульфита:

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

Как только HSO ₃ ^- закончится , вторая реакция будет преобладать до тех пор, пока не появится избыток I ₂ , который будет связываться с I ^- с образованием I ₃ ^- . И, наконец, I ₃ ^{- будет} взаимодействовать с молекулами крахмала, делая раствор темнее.

Слоновая паста

Эксперимент со слоновой пастой. Источник: Ferbr1 через Википедию.

И снова, и наконец, названа конкретная химическая реакция, но с изменениями, которые слишком заметны, чтобы их не учитывать: зубная паста слона (верхнее изображение). В некоторых видеороликах количество пены таково, что вы буквально можете почистить пасть слона.

Эта реакция основана на каталитическом разложении перекиси водорода H ₂ O ₂ (перекись водорода) с помощью йодид-ионов I ^- из растворимых солей, таких как NaI или KI. Первая реакция, которая происходит в соответствии со следующим химическим уравнением:

H ₂ O ₂ + I ^- → H ₂ O + IO ^-

Соединения IO ^- впоследствии реагируют с H ₂ O ₂ во второй реакции:

IO ^- + H ₂ O ₂ → H ₂ O + O ₂ + I ^-

Если катализатор I регенерируется ^- (не расходуется).

Обратите внимание, что конечными продуктами являются H ₂ O и O ₂ . Если в реакционную смесь добавить моющее средство и красители, вода вместе с кислородом будет сильно пениться, которая поднимется через контейнер и устремится вверх против силы тяжести.

Обожгите бумагу

При сжигании бумаги образуется углекислый газ, водяной пар и зола. Эти три вещества химически отличаются от первого вещества, поэтому это химическое изменение.

Окисление яблока

Когда яблоко нарезают и оставляют на открытом воздухе, оно превращается из слоновой кости в коричневый или охристый. Это называется окислением.

Пищевая гниль

Когда пища портится, происходит химическое изменение. Например, тухлые яйца подвергаются процессу разложения, в результате чего они меняют цвет и запах.

Производство йогурта

Йогурт является результатом химического изменения молока и некоторых бактерий, таких как Streptococcus thermophilus и Lactobacilli bulgaricus.

Открытая бутылка шампанского

Когда вы открываете бутылку шампанского или безалкогольного напитка, вы замечаете пузырьки. Это бурление означает, что углекислота в напитке распалась, высвободив углекислый газ.

Производство вина

Создание вина из винограда - это процесс брожения. Это пример анаэробной химической реакции, в которой сахар превращается в этиловый спирт и диоксид углерода.

Ссылки

1. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. (2008). Химия (8-е изд.). CENGAGE Обучение.
2. Хельменстин, Энн Мари, доктор философии. (8 октября 2019 г.). Определение химического изменения в химии. Получено с: thinkco.com
3. Wikipedia. (2019). Химическое изменение. Получено с: en.wikipedia.org
4. Мандип Сохал. (29 сентября 2019 г.). Химические изменения vs. Физическое изменение. Химия LibreTexts. Получено с: chem.libretexts.org
5. Натан Кроуфорд. (2019). Что такое химическое изменение? - Свойства, типы и примеры видео. Учиться. Получено с: study.com
6. Как это работает. (2019). Почему со временем желтеют газеты? Получено с: science.howstuffworks.com
7. Друзья науки. (14 июня 2012 г.). Наука: извергается диетическая кола с Mentos. Получено с: scientificamerican.com
8. Quimitube. (2014). Лабораторные опыты: Йодные часы. Получено с: quimitube.com