تغييرات شيمايي در خدمت زندگي

مواد در حال تغيير
مواد پيرامون ما پيوسته در حال تغييرند . انجماد آب ، زنگ زدن آهن شكستن شيشه، ذوب يخ ، تغيير رنگ پارچه ها ، ترش شدن شير، هضم غذا و ... از جمله تغييرات مواد هستند.

برخي از اين تغييرات سودمند و برخي زيان آورند و ما پيوسته در پي آن هستيم كه تغييرات مطلوب را پديد آوريم و از بروز تغييرات نامطلوب جلوگيري كنيم.

براي مثال پختن نان،توليد قند در برگ گياهانtآزاد شدن انرژي در سلول ها مفيد و سوختن نان،فاسد شدن شير مضر هست.

الف) تغيير فيزيكي: در اين نوع تغيير شكل ، اندازه و حالت ماده تغيير مي كند. اما خواص و ماهيت ماده تغيير نمي كند.
تبخير، تصعيد ، ميعان و ساير تغيير حالت ها و نيز خرد شدن ، سائيدن و ... از جمله تغييرات فيزيكي هستند.

ب) تغيير شيميايي: به تغييري گفته مي شود كه در نتيجه آن خواص و ماهيت ماده تغيير مي كند و ماده يا موادي با خواص جديد حاصل مي شود.
هنگامي كه آب به كمك جريان الكتريسيته تجزيه مي شود گازهاي ئيدروژن و اكسيژن پديد مي آيند اين دو ماده هيچ شباهتي با آب ندارند.
سوختن چوب ، زنگ زدن آهن، تغيير رنگ پارچه ، زرد شدن برگ درختان ، هضم غذا، تبديل شدن شير به ماست و پنير از جمله تغييرات شيميايي هستند.

فعاليت: اگر چند قطره نيتريك اسيد غليظ بر روي فلز مس بريزيم گاز خرمايي رنگ نيتروژن دي اكسيد كه بوي تند و آزار دهنده اي دارد تشكيل مي شود.

اگر لوله محتوي گاز نيتروژن دي اكسيد را در آب جوش قرار دهيم رنگ قهوه اي پر رنگ ظاهر مي شود(شكل1)
اگر لوله را سرد كنيم مولكول هاي سه اتمي نيتروژن دي اكسيد به مولكول هاي 6 اتمي دي نيتروژن تترااكسيد كه بي رنگ است تبديل مي شود.(شكل 3)
اگر هر دو لوله را در آب ولرم قرار دهيم تعدادي از مولكول ها No2 و تعدادي N2o4 خواهند بود كه در اين صورت رنگ خرمايي كم رنگ مشاهده خواهد شد.
اين تغييرات از نوع شيميايي و برگشت پذير هستند.

خواص ماده:
هر ماده داراي خواصي است كه با آنها شناخته مي شود مثلا بي رنگ بودن خاصه آب ، شور بودن خاصه نمك، اشتعال پذير بودن خاصه كاغذ و تمايل به زنگ زدن خاصه آهن است.
 

الف) خواص فيزيكي:

 به آن دسته از خواص گفته مي شود كه مشاهده و اندازه گيري آنها به توليد ماده جديد منجر نمي شود.

ب) خواص شيميايي :

 به مجموعه خواصي گفته مي شود كه تمايل يا عدم تمايل يك ماده به شركت در واكنش هاي شيميايي را بيان مي كند. مثلا اشتعال پذيري خاصه بنزين و عدم اشتعال پذيري خاصه آب است.
 

نشانه تغيير شيميايي
هر تغيير شيميايي با نشانه اي همراه است است. اين نشانه حاكي از تشكيل يك ماده جديد مي باشد البته بايد توجه داشت كه برخي از اين نشانه ها در تغيير فيزيكي هم ديده مي شوند.

برخي از نشانه هاي تغيير شيميايي عبارتند از :

الف) ظهور يك رنگ جديد مانند:
رنگ قهوه اي ‹------------- قرار گرفتن ميخ آهني در محلول مس سولفات

رنگ آبي مايل به سياه ‹------------- افزودن محلول يد به سيب زميني

شيري رنگ ‹--------------- دميدن در آب آهك

ب) تشكيل يك ماده جامد مانند:
ماده جامد پنير مانند ‹------------- افزودن سركه به شير

ج) تشكيل حبابهايي از گاز
حباب هاي گاز كربن دي اكسيد ‹------------ ريختن جوهر نمك بر روي پوسته تخم مرغ
حباب هاي گاز كربن دي اكسيد+ نمک‹------------ جوش شيرين + ويتامين c

اين واکنش به صورت زير نيز مي با

د: توليد گرما :

 مانند حل شدن كلسيم كلريد در آب
همانطور كه گفته شد برخي نشانه ها در هر دو نوع تغيير مشاهده مي شوند.
مثلا هنگامي كه در نوشابه گاز دار را باز مي كنيد و يا هنگامي كه آب را حرارت مي دهيد هم حباب هاي گاز ظاهر مي شوند اما در اينجا تغيير شيميايي روي نداده است.

اجزاء يك تغيير شيميايي
 

هنگامي كه آهن در هواي مرطوب قرار مي گيرد آهن با اكسيژن هوا تركيب مي شود و لايه قهوه اي يا نارنجي رنگ بر روي آن تشكيل مي شود كه زنگ آهن يا اكسيد آهن نام دارد.

اگر فراورده واكنش فوق يعني آهن اكسيد با گاز ئيدروژن تركيب شود دو ماده جديد يعني آهن و آب پديد مي آيند.
 

توجه: هميشه واكنش دهنده در سمت چپ واكنش و فراورده در طرف راست واكنش قرار دارد.

سوختن: نوعي تغيير شيميايي است كه طي آن يك ماده اشتعال پذير كه ممكن است يك ماده آلي مانند گاز شهري (متان) و يا يك نافلز مانند گوگرد و يا يك فلز مانند منيزيم باشد به سرعت با اكسيژن تركيب مي شود كه نتيجه آن توليد انرژي (گرما و نور) همراه با تركيبات اكسيژن دار است.

انرژي + بخار آب + كربن دي اكسيد ‹----------------------- اكسيژن + گاز متان

انرژي + گوگرد دي اكسيد ‹----------------------- اكسيژن + گوگرد

انرژي + منيزيم اكسيد ‹----------------------- اكسيژن + منيزيم

سوختن:

سوختن مواد را بايد کنترل کرد؛ زيرا در غير اين صورت، نمي توانيم از انرژي شيميايي آزاد شده? آنها، به درستي استفاده کنيم. حتي گاهي ممکن است سوختن گسترش يابد؛ به طوري که کنترل آن از دست
ما خارج شود که در آن صورت خسارت هاي زيادي به بار مي آورد. براي نمونه آتش سوزي در جنگل ها،
مزارع، کارخانه ها و … نتيجه? سوختن کنترل نشده است. به نظر شما چه عاملي )عواملي( سبب سوختن
مي شود؟ چگونه مي توان سوختن را کنترل کرد؟ چگونه مي توان آتش را خاموش کرد؟ با ما همراه شويد
تا پاسخ اين پرسش ها را بيابيد.

تند(احتراق):

 با نور و گرماي شديد همراه است مانند سوختن منيزيم و يا احتراق مواد منفجره

كند(اكسايش):

 نور و گرماي محسوس ندارد. مانند اكسيد شدن غذا در سلول هاي بدن- زنگ زدن آهن

بد نيست بدانيد كه گاهي بر اثر كمبود اكسيژن سوختن بصورت ناقص انجام مي شود در اين صورت علاوه بر كربن دي اكسيد و بخار آب مقداري گاز سمي كربن مونوكسيد (Co) هم تشكيل مي شود.
اگر مقدار اكسيژن باز هم كمتر شود مقداري دوده هم تشكيل مي شود . دوده شكلي از كربن است كه بصورت گرد نرمي از سوختن ناقص مواد سوختني حاصل مي شود. از اين فراورده فرعي سوختن، جهت توليد رنگ ، جوهر خودكار ، بارور كردن ابرها و نيز در صنعت لاستيك سازي استفاده مي شود.

توجه داشته باشيد كه براي وقوع تغيير شيميايي احتراق همواره سه شرط لازم است اين سه شرط را در نمودار مقابل كه به مثلث آتش معروف است مي بينيد.

 

بديهي است فقدان هر يك از شرايط از وقوع اين تغيير شيميايي جلوگيري مي كند بنابراين هنگام ايجاد حريق به روش هاي مختلف:

يكي از اين شرايط را حذف مي كنند اين روشها عبارتنداز :

الف) دور كردن مواد سوختني از اطراف آتش (حذف سوخت) مثل بستن شير گاز

ب) دور كردن (حذف اكسيژن) مثل ريختن ماسه و يا انداختن پتو بر روي آتش

ج) سرد كردن (حذف گرما) مثل پاشيدن آب بر روي آتش

فرآورده هاي سوختن

آموختيد براي سوختن به ماده? سوختني، اکسيژن و گرما نياز است. به طوري که اگر يکي
از اين سه مورد موجود نباشد، سوختن انجام نمي شود. براي مثال، شمع که از جنس پارافين است، در
حضور شعله و اکسيژن مي سوزد و گاز کربن دي اکسيد، بخار آب، نور و گرما توليد مي کند. اين تغيير
شيميايي را به صورت زير نشان مي دهند:

گرما و نور + بخار آب + گاز کربن دي اکسيد <..................گاز اکسيژن + شمع (هيدروکربن)

انرژي و تغييرات
 

تغييرات گرماده : تغييراتي هستند كه با از دست دادن انرژي بصورت گرما همراهند در اين گونه تغييرات انرژي واكنش دهنده ها بيشتر از انرژي فراورده هاست.
 

تغييرات گرماگير: تغييراتي هستند كه با گرفتن انرژي (گرما) همراهند در اين تغييرات انرژي واكنش دهنده ها كمتر از فراورده هاست.

سرعت واكنش هاي شيميايي : واكنش هاي شيميايي با سرعت هاي متفاوتي انجام مي شوند.
سرعت واكنش شيميايي يعني سرعت توليد فراورده ها و يا سرعت مصرف واكنش دهنده ها به بيان ديگر سرعت واكنش شيميايي يعني «توليد فراورده يا مصرف واكنش دهنده در واحد زمان»
 

توجه داشته باشيد كه هر چه انرژي فعال سازي (حداقل انرژي لازم براي شروع واكنش) كمتر باشد سرعت واكنش بيشتر است.
 

الف) دما :

 آب از هيدروژن و اكسيژن تشكيل شده است . اين دو گاز در دماي معمولي هرگز با هم تركيب نمي شوند اما اگر مخلوط اين دو گاز را تا حدود 700 درجه سانتيگراد حرارت دهيم بسرعت با هم تركيب مي شوند و آب پديد مي آيد.

ب) غلظت :

 با افزايش غلظت برخورد مؤثر بين مولكول هاي واكنش دهنده بيشتر و واكنش سريعتر مي شود نمودار مقابل رابطه غلظت با سرعت را نشان مي دهد.
 

ج) كاتاليزگر:

 موادي هستند كه سرعت واكنش هاي شيميايي را افزايش مي دهند اما خود دچار تغيير شيميايي نمي شوند و در پايان واكنش دست نخورده باقي مي مانند مثلا هيدروژن پراكسيد (آب اكسيژنه) در گرما و نور به آب و گاز اكسيژن تجزيه مي شود افزودن زنگ آهن سرعت تجزيه شدن را افزايش مي دهد. اگر مقداري گرد دي اكسيد منگنز به آب اكسيژنه اضافه كنيم سرعت واكنش بحدي افزايش مي يابد كه شروع به جوشيدن مي كند و گرماي قابل ملاحظه اي ازاد مي شود.(واكنش گرماده)
نمودار الف تجزيه اين ماده بدون حضور كاتاليزگر و نمودار ب تجزيه اين ماده با حضور كاتاليزگر را نشان مي دهد.

 

د) سطح تماس:

 با افزايش سطح تماس سرعت واكنش زياد تر مي شود به همين علت است كه خاك اره سريعتر از تنه درخت مي سوزد و يا خوب جويدن غذا هضم آن را آسانتر مي كند.
 

فعاليت:

مقداري پر منگنات پتاسيم را روي تكه اي كاشي يا سنگ بريزيد . چند قطره گليسرين روي آن بچكانيد و چند لحظه صبر كنيد.
بار ديگر همين آزمايش را انجام دهيد اما اين بار قبل از چكاندن گليسرين ، پرمنگنات را در هاون كاملا نرم كنيد.

تفاوت نتيجه اين مرحله با مرحله قبل را تفسير كنيد.
 

تذكر: اين آزمايش را با احتياط و زير نظر بزرگتر ها انجام دهيد.

تبديل انرژي شيميايي

1-تبديل انرزي شيميايي به الکتريکي:

با استفاده از تيغه هاي مسي و اهن و ليمو مي توان لامپ LED را روشن نمود.

-2 تبديل انرژِ شيميايي به حرکتي:

مقداري قرص جوشان در قوطي فيلم عکاسي ريخته و درب قوطي را ببنديد.

-3 انرژي شيميايي به نور و گرما:

يه باطري 9 ولتي را برداشته و روي مقداري سيم فلزي پشمي بکشيد.