بخش اول – ماده و تغییرات آن

تغییر و انواع آن:

می دانید که ذوب شدن یخ یعنی تبدیل یخ جامد به آب مایع نمونه ای از تغییر در حالت ماده است این تغییر، از آب در حالت جامد (یخ) آغاز به آب در حالت مایع پایان می یابد.
تصویر زیر، شیوه ی قرارگرفتن مولکول های آب در دو حالت جامد و مایع چه تفاوت هایی با هم دارند؟

درک وقوع یک تغییر همیشه به این سادگی نیست ممکن است با تغییرویژگی های دیگری از ماده همراه باشد. به این ویژگی ها خواص ماده گفته می شود.
خواص ماده بر دو نوعند. خواص فیزیکی و خواص شیمیایی.

  خواص فیزیکی و تغییر فیزیکی:

هنگامی که یک ورق کاغذ پاره می شود تنها ابعاد آن (یکی از خواص فیزیکی آن ورقه ی کاغذی) تغییر می کند. در این هنگام می گوئیم که ورقه ی کاغذ تغییر فیزیکی کرده است. در این تغییر،جنس ورقه تغییری نمی کند. یعنی کاغذ به ماده ی دیگری تبدیل نمی شود.

فکر کنید :
در این متن به چند خاصیت فیزیکی گوگرد مشاهده شده است،‌با کشیدن خط زیر هر خاصیت آن ها را مشخص کنید:
«گوگرد جامد شکننده زردرنگی است که در دمای 119ºC ‌ذوب می شود و در دمای 445ºC به جوش می آید. این نافلز جریان برق را از خود عبور نمی دهد وارد آب حل نمی شود» .

فکر کنید :
آیا می توان تغییر فیزیکی را به تغییر در شیوه ی قرارگرفتن ذره های سازنده یک ماده در کنار هم نسبت دارد؟
چون در تغییر فیزیکی خود ذرات هیچ تغیری نمی کند، بلکه جنبش و سرعت آن ها نسبت به همدیگر تغییر می کند.  

  خواص شیمیایی و تغییر شیمیایی:

اگر با پاره شدن ورقه ی کاغذ جنس آن تغییر نمی کند ولی با سوزاندن آن، کاغذ به ماده ی تازه ای تبدیل می شود که دیگر کاغذ خواص اولیه را ندارد. در این حالت کاغذ دچار یک تغییر شیمیایی شده است. تغییری که طی آن از یک یا چند ماده، ماده یا مواد شیمیایی تازه ای بوجود می آید.

  فکر کنید :
1 – کدامیک از واژه های زیر برای بیان تغییر فیزیکی و کدامیک برای معرفی تغییر شیمیایی بکار می روند.

خردکردن ، ساییدن ، ذوب شدن ، تبخیر شدن ، آسیاب کردن----> تغییر فیزیکی
فاسد شدن ، زنگ زدن، سوزاندن ----> تغییر شیمیایی  

  2- برای شمع سه خاصیت فیزیکی و یک خاصیت شیمیایی مثال بزنید.

خاصیت شیمیایی :‌به آسانی می سوزد خاصیت فیزیکی: جامد است – براثر گرما ذوب می شود – رنگ آن معمولاً سفید مایل به زرد است.  

  3- آیا می توانید تغییر شیمیایی را به تغییر در ساختار ذره های سازنده ی ماده نسبت داد ؟ با توجه به شکل زیر پا سخ خود را توضیح دهید

بله،‌چون مولکول های سه اتمی گاز NO₂ قهوه ای رنگ وقتی سرد می شود به مولکول های چهار اتمی N₂O₄ بی رنگ است تبدیل می شود پس چون ساختار مولکولی عوض شده تغییر شیمیایی است. 

  نشانه های تغییر شیمیایی:

می دانید که تغییر به دو صورت فیزیکی و شیمیایی به وقوع می پیوندد. اما چگونه می توان این دو نوع تغییر را از یکدیگر متمایز کرد؟
با اجرای یک آزمون ساده و به کمک نشانه های شیمیایی می توان برخی مواد را شناسایی کرد، برای نمونه با برخی آزمایشها می توان (آزمایش ص 7 کتاب) به وجود مس، نشاسته و کربن و دی اکسید پی برد. به این آزمایش های ساده آزمون شیمیایی می گویند.

 

  فکر کنید :
معلوم کنید که در هر مورد تغییر توضیح داده شده فیزیکی یا شیمیایی است؟ آیا با اطلاعات داده شده می توان به این پرسش پاسخ داد؟ چرا؟

1- یک مایع بی رنگ بر اثر گرم شدن به مرور ناپدید می شود.
فیزیکی : چون تبخیر شده است

2 – یک مایع سرد می شود و جامدی در ظرف ته نشین می شود.
فیزیکی :‌چون وقتی سرد می شود مقداری از مواد محلول آن رسوب می کند

3 – یک ماده ی جامد آبی رنگ در آب حل می شود و آب را به رنگ آبی درمی آورد.
فیزیکی : چون ماده در آب حل شده است.

4 – یک ماده جامد آبی رنگ می شود و بوی تندی به مشام می رسد.
اطلاعات کامل نیست. زیرا ممکن است این مایع وقتی به بخار تبدیل می شود بوی تند و تیز باشد یا ممکن است این مایع بر اثر گرما با یک ماده دیگر واکنش شیمیایی انجام داده باشد و بوی تند و تیز ایجاد کند.  

  اجزای یک تغییر شیمیایی:

در هر تغییر شیمیایی ماده یا مواد تازه ای بوجود می آید. به این ماده یا مواد جدید فرآورده های تغییر شیمیایی می گویند . هنگامی که مقداری گوگرد و آهن با یکدیگر واکنش نشان می دهند آهن سولفید بدست می آید. آهن سولفید فرآورده این تغییر شیمیایی است. موادی که آغاز کننده تغییر شیمیایی هستند. واکنش دهنده ها یا واکنش گرها گفته می شوند. در مثال یاد شده آهن گوگرد واکنش دهنده هستند.

با کمک یک معادله نوشتاری می توان رابطه ی میان واکنش دهنده ها و فرآورده ها در یک تغییر شیمیایی را نشان داد. برای نمونه به معادله ی نوشتاری واکنش میان آهن و گوگرد توجه کنید:
آهن+ گوگرد(واکنش دهنده ها)----> آهن سولفید(فرآورده) 

سوختن نوعی تغییر شیمیایی

هنگامی که به یک شعله ی شمع نگاه می کنید یا به یک اجاق خوراک پزی، در حال نگاه کردن به یک تغییر شیمیایی هستید.

  فکر کنید
گرماده یا گرماگیر بودن هر یک از تغییرهای فیزیکی و شیمیایی زیر را با آوردن دلیل مشخص کنید.
1 – تبخیر آب
2 – پختن غذا
3 – سوختن نفت

1 – گرماگیر : زیرا برای تبدیل آب به بخار گرمای زیادی لازم است.
2 – گرماگیر :‌برای اینکه غذا پخته شود به انرژی گرمایی نیاز دارد.
3 – گرماده : زیرا وقتی نفت شروع به سوختن می کند مقداری زیادی گرما تولید می شود.  

  انرژی و تغییرهای فیزیکی و شیمیایی:

هر تغییری چه فیزیکی و چه شیمیایی در ماده با تغییر انرژی – گرفتن یا آزاد ساختن همراه است. یخ بدون گرفتن گرما ذوب نمی شود و گرمای خانه ی ما نیز از انرژی آزاد شده برای سوختن نفت، یا گاز تأمین می شود. بر این مبنا تغییرهای فیزیکی و شیمیایی را به دو دسته گرماده و گرماگیر تقسیم می کنند. تغییر گرماده به تغییرهایی گفته می شود که با آزاد کردن انرژی – عموماً به صورت گرما – همراه اند. در حالی که تغییرهای گرماگیر آن دسته تغییراتی هستند که با گرفتن انرژی عموماً به صورت گرما به وقوع می پیوندد.
به انرژی ذخیره شده در مواد شیمیایی انرژی شیمیایی می گویند. تغییرهای شیمیایی سبب آزاد شدن این انرژی یا افزایش انرژی شیمیایی اندوخته شده در مواد شیمیایی می شوند.  

  سرعت تغییرهای شیمیایی :

تغییرهای شیمیایی با سرعت های متفاوتی روی می دهند. در واقع آهسته و برخی تند به پیش می روند.اگر سرعت یک واکنش شیمیایی را سرعت مصرف شدن مواد واکنش دهنده با سرعت تولید فرآورده های آن واکنش در نظر بگیریم. در این صورت واکنشی مانند انفجار مواد منفجره، که در آن دهها یا صدها کیلوگرم ماده منفجره در کمتر از یک ثانیه مصرف می شود را می توان یک واکنش بسیار سریع دانست. این در حالی است که روزها طول می کشد تا فقط سطح یک تیرآهن زنگ آهن پوشیده شود. به این علت زنگ زدن آهن از جمله واکنش های شیمیایی آهسته به شمار می آید.  

  کاتالیزگرها :

یکی دیگر از عواملی که باعث افزایش سرعت واکنش های شیمیایی می شود، افزون موادی به واکنش دهنده هاست. این مواد که کاتالیزگرها نامیده می شوند سرعت یک واکنش شیمیایی را افزایش می دهند. کاتالیزگرها خود دچار تغییر شیمیایی نمی شوند و در پایان واکنش بدون تغییر باقی می ماند.  

  جرم و تغییرهای شیمیایی :

از تغییرهای شیمیایی همواره مجموع جرم واکنش دهنده ها برابر مجموع جرم فرآورده هاست.به عبارت دیگر در واکنش شیمیایی نه از جرم کم نه بر آن افزوده می شود. در واقع جرم ثابت باقی می ماند. این مطلب قانون بایستگی جرم نامیده می شود.

 

  فکرکنید
با دقت به تصویر زیر نگاه کنید. واکنش دهنده ها و فرآورده های واکنش نشان داده شده را مشخص کنید. اگر مولکول های موجود در دو طرف این واکنش را روی کفه ی ترازو قرار دهید، کدام سمت سنگین تر خواهد بود؟ چرا؟

هر دوکفه با هم برابر هستند . چون طبق قانون پایستگی جرم در یک واکنش شیمیایی جرم واکنش دهنده ها برابر جرم فرآورده ها می باشد.