تغییر فیزیکی چیست و چگونه رخ می دهد؟
تغییر فیزیکی تغییراتی است که بر شکل یک ماده شیمیایی تأثیر می گذارد ، اما بر ترکیب شیمیایی آن تأثیر نمی گذارد.
از تغییرات فیزیکی برای جداسازی مخلوط ها به ترکیبات تشکیل دهنده آنها استفاده می شود ، اما معمولاً نمی توان از آنها برای جداسازی ترکیبات به عناصر شیمیایی یا ترکیبات ساده تر استفاده کرد.
تغییرات فیزیکی زمانی اتفاق می افتد که اشیاء یا مواد دچار تغییری شوند که ترکیب شیمیایی آنها را تغییر ندهد. این در تضاد با مفهوم تغییر شیمیایی است که در آن ترکیب یک ماده تغییر می کند. به طور کلی یک تغییر فیزیکی با استفاده از ابزارهای فیزیکی برگشت پذیر است. به عنوان مثال ، نمک محلول در آب را می توان با تبخیر آب بازیافت کرد. این موارد در مبحث تعریف تغییر فیزیکی کلاس پنجم شرح داده شده است. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می گردد لطفا همراه ما باشید.
حقایقی در رابطه با تغییر فیزیکی
در یک تغییر فیزیکی ، ممکن است خصوصیات فیزیکی یک ماده تغییر کند ، اما ترکیب شیمیایی آن تغییر نمی کند. به عنوان مثال آب از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن تشکیل شده است . آب تنها ماده شناخته شده روی زمین است که به طور طبیعی در سه حالت جامد ، مایع و گاز وجود دارد. برای تغییر بین این حالت ها ، آب باید دستخوش تغییرات فیزیکی شود. وقتی آب یخ می زند ، سخت و کم چگال می شود ، اما هنوز از نظر شیمیایی تغییری نکرده است. قبل و بعد از تغییر همان تعداد مولکول آب وجود دارد و خواص شیمیایی آب ثابت می ماند.
تغییر فیزیکی به طور معمول بر وضعیت ماده تأثیر می گذارد و می تواند برگشت ناپذیر یا برگشت پذیر باشد.درک تفاوت بین تغییر شیمیایی و فیزیکی مهم است . برخی تغییرات واضح هستند اما برخی از آنها به سختی قابل تشخیص می باشد. تغییرات فیزیکی معمولاً مربوط به حالات فیزیکی ماده است. به این موارد در مبحث تغییر فیزیکی را تعریف کنید علوم پنجم اشاره شده است.
تاریخچه کشف تغییرات فیزیکی و شیمیایی
تغییرات فیزیکی و شیمیایی توسط جوزیا ویلارد گیبس کشف شد. طی سالهای ۱۸۷۶ تا ۱۸۷۸ ، وی بر روی اصول ترمودینامیک کار کرد و آنها را در فرآیندهای پیچیده دخیل در واکنش های شیمیایی به کار برد. او مفهوم پتانسیل شیمیایی که باعث واکنش های شیمیایی می شود را کشف کرد و مشهورترین اثر خود را “در مورد تعادل مواد ناهمگن” منتشر کرد که در معاملات آکادمی علوم و هنرهای کانتیکت منتشر شد.
تفاوت های تغییر فیزیکی و شیمیایی
یک تغییر شیمیایی ناشی از یک واکنش شیمیایی است ، در حالی که تغییر فیزیکی زمانی رخ می دهد که ماده تغییر می کند اما هویت شیمیایی تغییر نمی کند.
وقتی یک قوطی نوشابه را زیر پا می گذارید و آن را له می کنید ، یک تغییر فیزیکی را به اجبار به وجود می آورید . با این حال ، شما فقط شکل قوطی را تغییر دادید. این تغییری در وضعیت ماده نبوده زیرا انرژی موجود در قوطی تغییر نکرده است. همچنین ، از آنجا که این یک تغییر فیزیکی است مولکول های موجود در قوطی هنوز همان مولکول ها هستند زیرا هیچ پیوند شیمیایی ایجاد یا شکسته نشده است.
هنگامی که شما یک مکعب یخ را ذوب می کنید ، یک تغییر فیزیکی ایجاد می کنید. شما انرژی کافی برای ایجاد یک تغییر فاز از جامد به مایع را تامین کرده اید. اعمال فیزیکی ، مانند تغییر دما یا فشار می تواند باعث تغییرات فیزیکی شود.
تغییرات شیمیایی در مقیاس بسیار کمتری اتفاق می افتد. در حالی که تغییر رنگ در آزمایشات یکی از شناسگرهای تغییرات شیمیایی می باشد، اما بیشتر تغییرات شیمیایی قابل مشاهده نیستند. به عنوان مثال به دلیل شفاف بودن هر دو مایع ، تغییر شیمیایی با تبدیل شدن پراکسید هیدروژن به آب قابل مشاهده نیست با این حال ، در پشت صحنه ، میلیاردها پیوند شیمیایی در حال ایجاد و از بین رفتن است. در این مثال ، ممکن است حباب های اکسیژن گازی را مشاهده کنید. این حباب ها شواهدی از تغییرات شیمیایی هستند.
ذوب شدن یک حبه قند یک تغییر فیزیکی است زیرا این ماده ذوب شده هنوز قند است. ولی سوزاندن یک حبه قند یک تغییر شیمیایی است. آتش یک واکنش شیمیایی بین قند و اکسیژن را فعال می کند. اکسیژن موجود در هوا با قند واکنش می دهد و پیوندهای شیمیایی شکسته می شوند.
نمونه هایی از تغییر فیزیکی
در این حالت هیچ گونه ماده شیمیایی جدیدی ایجاد نمی شود. تغییر حالت یک ماده خالص بین فازهای جامد ، مایع و گاز همگی تغییرات فیزیکی هستند زیرا هویت ماده تغییر نمی کند.
- مچاله کردن یک ورق یا کاغذ (نمونه خوبی از یک تغییر فیزیکی برگشت پذیر است )
- شکستن یک شیشه (ترکیب شیمیایی شیشه ثابت مانده است)
- انجماد آب در یخ ( فرمول شیمیایی تغییر نکرده است)
- خرد کردن سبزیجات (برش مولکول ها را جدا می کند ، اما آنها را تغییر نمی دهد)
- حل کردن قند در آب (شکر با آب مخلوط می شود ، اما مولکول ها تغییر نمی کنند و ممکن است با جوشاندن آب بازیافت شوند)
- تغییر شکل فولاد (چکش کاری فولاد باعث تغییر ترکیب آن نمی شود ، اما خصوصیات آن از جمله سختی و انعطاف پذیری را تغییر می دهد)
- تبخیر الکل
- تصعید یخ خشک به بخار دی اکسید کربن
تغییر فیزیکی و شیمیایی را چگونه از همدیگر تشخیص دهیم؟
به دنبال نشانه ای برای تغییر شیمیایی باشید . واکنش های شیمیایی گرما یا انرژی های دیگر را آزاد یا جذب می کنند یا ممکن است گاز ، بو ، رنگ یا صدا تولید کنند. اگر هیچ یک از این نشانه ها را مشاهده نکنید ، احتمالاً یک تغییر فیزیکی رخ داده است. توجه داشته باشید که یک تغییر فیزیکی ممکن است تغییر چشمگیری در ظاهر ماده ایجاد کند. بنابراین این بدان معنا نیست که یک واکنش شیمیایی رخ داده است.
در برخی موارد ، تشخیص اینکه آیا یک تغییر شیمیایی یا فیزیکی رخ داده است ، ممکن است دشوار باشد. به عنوان مثال ، وقتی قند را در آب حل می کنید ، یک تغییر فیزیکی رخ می دهد. شکل قند تغییر می کند ، اما از نظر شیمیایی (مولکول های ساکارز) به همان شکل باقی می ماند. با این حال ، هنگامی که نمک را در آب حل می کنید نمک در اب تبدیل به یون های جداگانه ای می شود (از NaCl به Na + و Cl – ) بنابراین یک تغییر شیمیایی اتفاق می افتد. در هر دو حالت ، یک ماده جامد سفید در مایع شفاف حل می شود و در هر دو مورد را می توانید با حذف آب بازیافت کنید درحالیکه فرآیند ها یکسان نیستند.
مثال تغییر فیزیکی
تغییرفیزیکی فقط باعث تغییر در خصوصیات ظاهری ماده می شود. برخی از تغییرات متداول عبارتند از:
تغییر بافت:
بافت یک ماده را با انجام یک سری از کار ها می توانید تغییر دهید . به عنوان مثال ، اگر یک تکه چوب را سنباده ، واکس و صیقل بزنید ، بافت بسیار متفاوتی از آنچه در ابتدا به عنوان تکه چوب خشن داشت ایجاد می کنید.
تغییر رنگ:
تغییر رنگ ماده لزوماً نشانه تغییر شیمیایی نیست. به عنوان مثال ، تغییر رنگ یک فلز ، خصوصیات فیزیکی آن را تغییر نمی دهد. با این حال ، در یک واکنش شیمیایی ، تغییر رنگ معمولاً شاخصی است که رخ دادن واکنش را نشان می دهد. نقاشی ماشین نمونه ای از این تغییر است زیرا فقط رنگ فلز تغییر میکند در حالی که ترکیبات فلز ثابت است.
تغییر درجه حرارت:
ما نمی توانیم تغییر دما را ببینیم ، مگر اینکه تغییری در حالت ماده رخ دهد ، این یک تغییر فیزیکی است.
تغییر شکل:
شکل یک شی را می توان به هر حالتی که می خواهیم تغییر دهیم در حالی که ترکیب شیمیایی آن ثابت است . به عنوان مثال ، کسی کاغذی را به شکل خاصی در بیاورد هنوز از نظر شیمیایی تغییری در کاغذ ایجاد نشده است.
تغییر حالت:
وقتی یخ به آب تبدیل می شود ، شکل جامد خود را حفظ نمی کند و به مایع تغییر حالت می دهد درحالی که ترکیب شیمیایی آن ثابت است. شاید متوجه نشوید که هر روز نمونه هایی از تغییر فیزیکی را مشاهده می کنید.
نمونه هایی از تغییرات فیزیکی روزمره
تغییر فیزیکی آب به راحتی در خانه ، محل کار یا حتی در طبیعت قابل مشاهده است.
- یک مکعب یخ در نوشیدنی شما در آب ذوب می شود
- منجمد کردن آب برای ایجاد تکه های یخ
- آب جوش در حال تبخیر شدن
- بخار آب روی آینه
نمونه های متداول از تغییرات فیزیکی در آشپزخانه شما
آشپزخانه شما یکی از رایج ترین مکان هایی است که احتمالاً شاهد تغییرات فیزیکی به طور منظم هستید.
- پختن ماکارونی و نرم شدن آن
- حل شدن شکر در چای
- فریز کردن میوه در یخچال
- ذوب شدن گوشت خام یخ زده
- خرد کردن سبزیجات مورد نیاز
- ذوب کردن شکلات برای تهیه کیک
- افزودن شیر به غلات
تشخیص تغییرات فیزیکی و شیمیایی
تشخیص تغییرات شیمیایی و فیزیکی همیشه آسان نیست. در اینجا برخی از انواع تغییرات فیزیکی وجود دارد که ممکن است به شما کمک کند:
تغییرات فاز :
تغییر دما و یا تغییر فشار می تواند فاز یک ماده را تغییر دهد ، اما ترکیب آن بدون تغییر بماند.مانند ذوب شدن یک تکه یخ.
مغناطیس :
اگر آهنربا را روی آهن نگه دارید ، آن را موقتاً مغناطیسی می کنید. این یک تغییر فیزیکی است زیرا دائمی نیست و هیچ واکنش شیمیایی رخ نمی دهد و بعد از مدتی این تغییر خود به خود از بین میرود.
مخلوط ها :
مخلوط کردن مواد با یکدیگر یک تغییر فیزیکی است. توجه داشته باشید که خصوصیات یک مخلوط ممکن است با اجزای آن متفاوت باشد. به عنوان مثال ، اگر شن و ماسه و آب را با هم مخلوط کنید ، می توانید شن و ماسه را به هر شکلی که می خواهید دربیاورید. با این حال ، می توانید اجزای مخلوط را با ته نشین کردن یا با استفاده از غربال جدا کنید.
تبلور :
متبلور شدن یک ماده جامد را تبلور می گویند در این حالت مولکول جدیدی تولید نمی شود ، حتی اگر این بلور خصوصیات متفاوتی از مواد جامد دیگر داشته باشد.
آلیاژها :
مخلوط کردن دو یا چند فلز یک تغییر فیزیکی است که قابل برگشت نیست. دلیل عدم تغییر شیمیایی آلیاژ این است که اجزا هویت اصلی خود را حفظ می کنند.
نمونه های از تغییرات فیزیکی در فضای باز
عناصر طبیعی مانند خورشید و باران می تواند خصوصیات فیزیکی اشیا طبیعی و ساخته شده توسط انسان را تغییر دهد. حتی ممکن است خودتان باعث این اتفاق شوید.
- کم رنگ شدن یک صندلی پلاستیکی
- سنباده زدن چوب
- مخلوط کردن خاک و آب برای ایجاد گل
- خم کردن سیم
- گره زدن طناب
نمونه هایی از تغییرات فیزیکی که اغلب مشاهده می کنید
از صنایع دستی و نظافت گرفته تا ظاهر شخصی ، این تغییرات فیزیکی نسبتاً رایج است.
- قطعه قطعه شدن کارت اعتباری قدیمی
- کوتاه کردن موهای
- تیز کردن نوک مداد
- خرد کردن کاغذ
- برش یک تی شرت قدیمی
- رنگ کردن مو
تغییر فیزیکی مضر
یک ماده می تواند دستخوش تغییرات فیزیکی و شیمیایی شود. این تغییرات می تواند باعث تغییر شکل یک ماده یا تبدیل به یک ماده کاملاً متفاوت شود. تفاوت اصلی بین تغییر فیزیکی و شیمیایی این است که یک تغییر فیزیکی ترکیب شیمیایی یک ماده را تغییر نمی دهد در حالی که یک تغییر شیمیایی ترکیب شیمیایی مواد را تغییر می دهد.
تفاوت های مختلف دیگری نیز از نظر تولید و جذب انرژی وجود دارد. قابل توجه ترین آنها این است که تغییرات فیزیکی موقتی و به راحتی قابل برگشت است در حالی که تغییرات شیمیایی دائمی و غیرقابل برگشت است.
انجماد ما را قادر می سازد تا گوشت و سایر غذاها را در مدت زمان طولانی ذخیره و نگهداری کنیم. میکروارگانیسم ها، آنهایی که باعث فساد غذا می شوند، از مکان های سرد متنفرند. از ذوب در صنایع فلزی برای قالب گیری قوطی، مبلمان، ظروف و شمشیر استفاده می شود. برخی از اسباب بازی ها نیز با ذوب شدن قالب گیری می شوند. این موارد جزء تغییرات فیزیکی خوب محسوب می شوند.
تبخیر بخش مهمی از چرخه آب است. اگر همه مناطق روی زمین تبخیر نشوند و به عنوان ابر در آسمان به بخار آب تبدیل نشوند، بازیافت نمی شوند. تراکم در تبدیل بخار آب به قطرات آب ذخیره شده در ابرها مهم است. گازهای گلخانه ای، مانند دی اکسید کربن و مونوکسید کربن، به طور طبیعی در جو یافت می شوند. اما هنگامی که دی اکسید کربن و مونوکسید کربن بیش از حد ایجاد می شود، گرمای تولید شده توسط سیاره زمین به دام می افتد که باعث گرم شدن کره زمین می شود. باران اسیدی یک آلودگی اسیدی از آب باران است که می تواند به محیط زیست ما آسیب برساند. تخریب لایه اوزون مشکل فیزیکی دیگری است. اکنون لایه ازن به دلیل تغییرات شیمیایی به میزان قابل توجهی کاهش یافته است و این مسئله باعث می شود پرتوهای مضر خورشید بیشتر به زمین برسند.
