Tabla de Contenidos
Това е много често срещан въпрос, който се задава на студенти по химия от различни нива, тъй като подчертава някои от най-важните характеристики на процеса на дегустация и изисква използването на преценка и критично мислене, за да се реши за кой тип промяна става дума.
За да намерим отговора, трябва да сме наясно какво представляват химичните и физичните процеси, как ги разпознаваме и какво точно се случва, когато разтворим сол във вода.
Физически промени срещу химически промени
Физическите промени се дефинират като тези, които могат да променят външния вид или състоянието на агрегиране на дадено вещество, но не променят химичната му природа. Това означава, че те са онези промени, при които веществата преминават от една фаза в друга, например от твърдо в течно или от течност в газообразно състояние, но съставът им остава същият.
Например, когато ледът, който се състои от водни молекули (H 2 O), се стопи, той се превръща в течна вода, която очевидно също е съставена от същите молекули. Физическите свойства и външен вид са се променили радикално, но те все още имат същия състав.
В този случай не е настъпила химическа реакция, която да промени естеството на молекулите, които са част от леда.
От друга страна, химичните трансформации се характеризират с възникването на химична реакция, която променя структурата или химичната природа на веществата. В допълнение към промяната във външния вид може да се наблюдава появата на химически вещества, различни от първоначалните.
Например, при електролизата на водата, молекулите се разпадат, за да образуват молекулярен водород и кислород, така че това е химическа промяна.
Как да различим двете?
Ключ към разпознаването и разграничаването на физическите от химичните процеси е, че първите могат да бъдат представени чрез химични уравнения, в които реагентите и продуктите са различни химични вещества.
От друга страна, тъй като физичните процеси не променят природата на веществата, те могат да бъдат възстановени непроменени чрез други физични процеси като изпаряване, дестилация, втвърдяване и др.
Трябва обаче да се внимава при този анализ, тъй като е възможно процеси като изпаряване да доведат до появата на обратен химичен процес, който регенерира оригиналния химикал. Въпросът е, че някои процеси са по-трудни за разграничаване от други, така че е необходимо да се търсят допълнителни доказателства в подкрепа на съответната хипотеза.
Какво се случва, когато разтворим сол във вода?
Обикновената трапезна сол или NaCl е твърдо йонно съединение при стайна температура, което се образува от кристална мрежа от натриеви и хлоридни йони. Когато се разтвори във вода, този разтворител разделя йоните и ги заключва в един вид клетка от водни молекули, образувайки солватираните йони. Този процес може да бъде представен със следното химично уравнение:
Подобен процес се случва винаги, когато разтворим някакъв силен електролит във вода. С просто око виждаме само, че солните кристали (твърд NaCl) постепенно се разтварят, докато изчезнат. Въпреки това има много доказателства, които предполагат, че химическата промяна, представена от горното уравнение, действително се е случила.
Основното доказателство е във факта, че твърдият натриев хлорид няма способността да провежда електричество, тъй като йоните са уловени в кристалната структура. Въпреки това, когато се разтвори във вода, полученият разтвор провежда електричество.
За да се случи това, трябва да е възможно противоположно заредените йони да се движат независимо към двата противоположни електрода, което ще се случи само ако натриевите и хлоридните йони са ефективно разделени. Ако останат заедно, както в NaCl, частиците ще се чувстват еднакво привлечени от двата електрода, така че няма да се движат, а ако не се движат, няма да има проводимост на електричество.
Казано по-просто, по време на разтварянето на NaCl, йонната връзка, която държи частиците на съединението заедно, се разкъсва, а разкъсването на химическа връзка е отличителният белег на химическа промяна.
Присъдата: Защо разтварянето на сол във вода е химичен процес?
Въз основа на казаното преди малко е ясно, че йоните Na + (aq) и Cl – (aq) са различни химически видове от NaCl (s) . Поради тази причина процесът на разтваряне включва промяна в химическата природа на солта, поради което се класифицира като химичен процес.
Погледнато от друга страна, процесите на дисоциация очевидно са химични процеси и тъй като разтварянето на соли във вода включва дисоциация на съединението на неговите съставни йони, тогава те непременно са химични процеси.
Защо някои смятат разтварянето на солта за физически процес?
Всичко изглежда доста ясно, след като го погледнете преди малко. Така че защо възниква съмнението? Причината е, че както и друг път сме виждали, не всичко е черно и бяло. Оказва се, че има и други аргументи в полза на това процесът да е чисто физичен, а не химичен.
Като начало, фактът е, че нито натриевият катион, нито хлоридният анион претърпяват някаква промяна в електронната структура на тяхната валентна обвивка по време на разтваряне. Това се тълкува от много хора като липса на химическа промяна. Въпреки че това е важен момент, трябва да се помни, че йонното свързване не включва споделени електрони между йони, така че прекъсването на този тип връзка не засяга електронното разпределение на йоните.
От друга страна, мнозина също използват аргумента, че солта може лесно да се възстанови чрез изпаряване на вода, което е напълно вярно. Обаче това, че даден процес е обратим, по никакъв начин не означава, че е непременно физически. Всъщност много химични процеси, включително реакциите на дисоциация, са обратими процеси. От друга страна, не всички физически процеси са обратими.
Няколко последни думи за дискусията
По силата на всички аргументи за и против, дискусията за естеството на процеса на разтваряне на солите продължава и е добре, че е така, тъй като кара студентите по химия да мислят и да анализират доказателствата от критична гледна точка. изглед.
Проблемът, който причинява толкова много объркване, е, че често сме склонни да мислим за йонни съединения по същия начин, по който мислим за ковалентни съединения, сякаш са отделни молекули (на NaCl, например), когато всъщност не са.
Да говорим за прекъсване на йонна връзка не е като да говорим за прекъсване на ковалентна връзка, въпреки че и двете са химически връзки.
В случай на молекулярни съединения, ковалентната връзка държи само атомите, които изграждат всяка молекула заедно. Кохезионните сили, които държат молекулите заедно в твърдо и течно състояние, са междумолекулни сили. Това са взаимодействията, които се нарушават или регенерират във физически процеси.
От друга страна, в йонните съединения няма нито вътрешномолекулни, нито междумолекулни сили, тъй като няма молекули. Йонната връзка представлява единствената кохезивна сила, която държи всички йони заедно в кристалната решетка, така че прекъсването на тези сили при разтваряне на сол е много подобно на това, което се случва, когато прекъсваме междумолекулните сили, когато топим молекулярно твърдо вещество или го изпаряваме. (и двете физически процеси).
Следователно говорим за сива зона. В крайна сметка това, което е важно, не е дали този процес е физичен или химичен, или кой печели спора. Важното тук е да се генерира дискусия и учениците да се научат да защитават своите гледни точки и да разбират гледните точки на другите.
Бележка за други процеси на разтваряне
Трябва да се отбележи, че фактът, че процесът на разтваряне на солта е химичен процес, не означава непременно, че всички процеси на разтваряне също са химични. Това е вярно само за електролити, които се дисоциират в разтвор, тъй като процесът на дисоциация е химическа промяна.
От друга страна, когато разтваряме молекулни разтворени вещества, които не се йонизират, като например при разтваряне на захар във вода или октан в бензен, молекулите на разтвореното вещество не се разрушават или образуват химична връзка между атомите, които ги съставят. Поради тази причина тези процеси на разтваряне са физически процеси.
Препратки
Браун, Т. (2021). Химия: Централната наука (11-то издание). Лондон, Англия: Pearson Education.
Чанг, Р., Манзо, А. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Химия (10-то издание ). Ню Йорк, Ню Йорк: MCGRAW-HILL.
Класификация на материята: Свойства на материята. Извлечено от https://www.clevelandmetroschools.org/
Физични и химични свойства. (2020 г., 30 октомври). Извлечено от https://espanol.libretexts.org/@go/page/1795