جرم و تغییرهای شیمیایی :

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

 

  فكركنید
با دقت به تصویر زیر نگاه كنید. واكنش دهنده ها و فرآورده های واكنش نشان داده شده را مشخص كنید. اگر مولكول های موجود در دو طرف این واكنش را روی كفه ی ترازو قرار دهید، كدام سمت سنگین تر خواهد بود؟ چرا؟

هر دوكفه با هم برابر هستند . چون طبق قانون پایستگی جرم در یك واكنش شیمیایی جرم واكنش دهنده ها برابر جرم فرآورده ها می باشد.  

فكر كنید
گرماده یا گرماگیر بودن هر یك از تغییرهای فیزیكی و شیمیایی زیر را با آوردن دلیل مشخص كنید.
1 – تبخیر آب
2 – پختن غذا
3 – سوختن نفت

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

  انرژی و تغییرهای فیزیكی و شیمیایی:

هر تغییری چه فیزیكی 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 فیزیكی و شیمیایی را به دو دسته گرماده و گرماگیر تقسیم می كنند. تغییر گرماده به تغییرهایی گفته می شود كه با آزاد كردن انرژی – عموماً به صورت گرما – همراه اند. در حالی كه تغییرهای گرماگیر آن دسته تغییراتی هستند كه 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 یك واكنش شیمیایی را سرعت مصرف شدن مواد واكنش دهنده با سرعت تولید فرآورده های آن واكنش در نظر بگیریم. در این صورت واكنشی مانند انفجار مواد منفجره، كه در آن دهها یا صدها كیلوگرم ماده منفجره در كمتر از یك ثانیه مصرف می شود را می توان یك واكنش بسیار سریع دانست. این در حالی است كه روزها طول می كشد تا فقط سطح یك تیرآهن زنگ آهن پوشیده شود. به این علت زنگ زدن آهن از جمله واكنش های شیمیایی آهسته به شمار می آید.  

  كاتالیزگرها :

یكی دیگر از عواملی كه باعث افزایش سرعت واكنش های شیمیایی می شود، افزون موادی به واكنش دهنده هاست. این مواد كه كاتالیزگرها نامیده می شوند سرعت یك واكنش شیمیایی را افزایش می دهند. كاتالیزگرها خود دچار تغییر شیمیایی نمی شوند و در پایان واكنش بدون تغییر باقی می ماند.  

اجزای یك 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 كه مقداری گوگرد و آهن با یكدیگر واكنش نشان می دهند آهن سولفید بدست می آید. آهن سولفید فرآورده این تغییر شیمیایی است. موادی كه آغاز كننده تغییر شیمیایی هستند. واكنش دهنده ها یا واكنش گرها گفته می شوند. در مثال یاد شده آهن گوگرد واكنش دهنده هستند.
 

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

سوختن نوعی تغییر شیمیایی

هنگامی كه به یك شعله ی شمع نگاه می كنید یا به یك اجاق خوراك پزی، در حال نگاه كردن به یك تغییر شیمیایی هستید.

می دانید كه اشتعال پذیری یك خاصیت شیمیایی است. در واقع ماده اشتغال پذیر طی یك تغییر شیمیایی كه سوختن نامیده می شود، به مواد تازه ای تبدیل می شود. در این تغییر شیمیایی یك ماده اشتغال پذیر كه ماده ی سوختنی گفته می شود، با اكسیژن موجود در هوا برای نمونه ، به هنگام سوختن شمع دو عنصر كربن و هیدروژن كه عنصرهای سازنده ی شمع هستند با اكسیژن هوا تركیب می شوند و آب و كربن دی اكسید تولید می كنند. همان طور كه مشاهده می شود در این واكنش نور و گرما نیز آزاد می شود.
آهن در برابر هوا به آهستگی با اكسیژن واكنش نشان می دهد و دچار تغییر شیمیایی می شود. به این تغییر شیمیایی زنگ زدن می گویند. اگر چه این تغییر شیمیایی با تولید ماده ای به نام زنگ آهن یا اكسید آهن همراه است ولی مانند سوختن شمع نور و گرمای قابل توجهی آزاد نمی كند.
به طور كلی به واكنش یك ماده با اكسیژن اكسایش می گویند. واكنش های اكسایش عموماً گرماده اند. مقدار گرمای آزاد شده بر اثر اكسایش در موارد مختلف متفاوت است. در برخی از اكسایش ها كه با تولید شعله همراه اند. انرژی قابل توجهی آزاد می شود. سوختن شمع چنین واكنشی است. شمع را از ماده ای به نام پارافین می سازند. پارافین از تركیب شیمیایی دو عنصر كربن و هیدروژن بوجود می آید. در اثر سوختن پارافین،‌افزودن بر تولید كربن دی اكسید و بخار آب مقدار قابل توجهی انرژی نیز آزاد می شود.
انسان با سوزاندن برخی مواد سوختنی انرژی مورد نیاز زندگی خود را تأمین می كند.
به این دسته از مواد سوختنی كه تنها برای تأمین انرژی سوزانده می شوند سوخت می گویند. نفت، بنزین ،‌گازوئیل ،‌زغال سنگ و گاز شهری از جمله مهمترین سوخت ها به شمار می روند.
آتش حاصل از سوختن همان نور و گرمایی است كه ازواكنش ماده ی سوختنی با اكسیژن تولید می شود. البته برای ایجاد آتش تنها قرار گرفتن یك ماده سوختنی در مجاورت اكسیژن كافی نیست، بلكه شرط سومی نیز لازم است. گرما سومین شرط لازم برای ایجاد آتش سوزی است. شكل روبرو كه به مثلث آتش معروف است رابطه ی میان این سه شرط را بخوبی نشان می دهد.
 

  فكر كنید :
1 – كدامیك از واژه های زیر برای بیان تغییر فیزیكی و كدامیك برای معرفی تغییر شیمیایی بكار می روند.

خردكردن ، ساییدن ، ذوب شدن ، تبخیر شدن ، آسیاب كردن----> تغییر فیزیكی
فاسد شدن ، زنگ زدن، سوزاندن ----> تغییر شیمیایی  

  2- برای شمع سه خاصیت فیزیكی و یك خاصیت شیمیایی مثال بزنید.

خاصیت شیمیایی :‌به آسانی می سوزد خاصیت فیزیكی: 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 شكل زیر پا سخ خود را توضیح دهید

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

  نشانه های تغییر شیمیایی:

می دانید كه تغییر به دو صورت فیزیكی و شیمیایی به وقوع می پیوندد. اما چگونه می توان این دو نوع تغییر را از یكدیگر متمایز كرد؟
با اجرای یك آزمون ساده و به كمك نشانه های شیمیایی می توان برخی مواد را شناسایی كرد، برای نمونه با برخی آزمایشها می توان (آزمایش ص 7 كتاب) به وجود مس، نشاسته و كربن و دی اكسید پی برد. به این آزمایش های ساده آزمون شیمیایی می گویند.

 

  فكر كنید :
معلوم كنید كه در هر مورد تغییر توضیح داده شده فیزیكی یا شیمیایی است؟ آیا با اطلاعات داده شده می توان به این پرسش پاسخ داد؟ چرا؟

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

2 – یك مایع سرد می شود و جامدی در ظرف ته نشین می شود.
فیزیكی :‌چون وقتی سرد می شود مقداری از مواد محلول آن رسوب می كند

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

4 – یك ماده جامد آبی رنگ می شود و بوی تندی به مشام می رسد.
اطلاعات كامل نیست. زیرا ممكن است این مایع وقتی به بخار تبدیل می شود بوی تند و تیز باشد یا ممكن است این مایع بر اثر گرما با یك ماده دیگر واكنش شیمیایی انجام داده باشد و بوی تند و تیز ایجاد كند.  

بخش اول – ماده و تغییرات آن

تغییر و انواع آن:

می دانید كه 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 مولكول های آب در دو حالت جامد و مایع چه تفاوت هایی با هم دارند؟

  خواص فیزیكی و تغییر فیزیكی:

هنگامی كه یك ورق كاغذ پاره می شود تنها ابعاد آن (یكی از خواص فیزیكی آن ورقه ی كاغذی) تغییر می كند. در این هنگام می گوئیم كه ورقه ی كاغذ تغییر فیزیكی كرده است. در این تغییر،جنس ورقه تغییری نمی كند. یعنی كاغذ به ماده ی دیگری تبدیل نمی شود.

فكر كنید :
در این متن به چند خاصیت فیزیكی گوگرد مشاهده شده است،‌با كشیدن خط زیر هر خاصیت آن ها را مشخص كنید:
«گوگرد جامد شكننده زردرنگی است كه 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» .

فكر كنید :
آیا می توان تغییر فیزیكی را به تغییر در شیوه ی قرارگرفتن ذره های سازنده یك ماده در كنار هم نسبت دارد؟
چون در تغییر فیزیكی خود ذرات هیچ تغیری نمی كند، بلكه جنبش و سرعت آن ها نسبت به همدیگر تغییر می كند.  

  خواص شیمیایی و تغییر شیمیایی:

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

خواص شیمیایی یك ماده به مجموعه خواص گفته می شود كه تمایل یا عدم تمایل آن ماده برای شركت در تغییر شیمیایی بیان می كند. .