تغییر شیمیایی

دید کلی

تغییراتی که در واکنشی بر روی مواد واکنش دهنده صورت می‌گیرد، بطور کلی به دو نوع تغییر فیزیکی و تغییر شیمیایی ، تقسیم می‌شوند. در تغییر فیزیکی ، فقط حالت فیزیکی ماده تغییر می‌یابد. یعنی ساختار ذره‌های تشکیل دهنده ماده تغییر نمی‌کند. بنابراین تغییر کلیه حالات ماده نظیر ذوب و انجماد و تبخیر و تصعید و غیره همچنین انحلال نمک ها و بازها در آب ، تغییر فیزیکی محسوب می‌شوند.

دید کلی

تغییراتی که در واکنشی بر روی مواد واکنش دهنده صورت می‌گیرد، بطور کلی به دو نوع تغییر فیزیکی و تغییر شیمیایی ، تقسیم می‌شوند. در تغییر فیزیکی ، فقط حالت فیزیکی ماده تغییر می‌یابد. یعنی ساختار ذره‌های تشکیل دهنده ماده تغییر نمی‌کند. بنابراین تغییر کلیه حالات ماده نظیر ذوب و انجماد و تبخیر و تصعید و غیره همچنین انحلال نمک ها و بازها در آب ، تغییر فیزیکی محسوب می‌شوند.

لیکن در تغییر شیمیایی ، در واقع اتصال اتم‌ها به یکدیگر در واکنش دهنده ها دستخوش تغییر می‌شود و همچنین آرایش الکترونی اتم‌ها نیز تغییر می‌یابد. البته باید توجه داشت که در جریان یک واکنش شیمیایی ، اتم‌ها نه بوجود می‌آیند و نه از بین می‌روند و تنها شامل ترکیب ، تجزیه یا بازآرایی اتم‌هاست.

واکنش شیمیایی در واقع توصیفی برای یک تغییر شیمیایی است. واکنش‌های شیمیایی ممکن است با آزاد کردن انرژی بصورت گرما ، نور یا صوت همراه باشند و تولید یک گاز ، تشکیل یک رسوب یا تغییر رنگ در پی داشته باشند.

روی دادن تغییر فیزیکی و تغییر شیمیایی بطور متوالی

البته مواردی وجود دارد که هر دو تغییر فیزیکی و شیمیایی بر روی یک پدیده ، بطور متوالی اتفاق می‌افتند. برای مثال ، با حرارت دادن تکه ای قند در لوله آزمایش ، ابتدا قند ذوب می‌شود که یک پدیده فیزیکی است. سپس به رنگ قهوه ای در می‌آید که نشان‌دهنده شروع تبدیل قند به کربن و یک پدیده شیمیایی است. در ادامه ، مقداری بخار آب به بالای لوله می‌رسد که نشانه تجزیه قند و ادامه پدیده شیمیایی قبل است.

پس قطره‌های آب روی دیواره لوله آزمایش پدیدار می‌شود که نشان‌دهنده میعان بخار آب آزاد شده و یک پدیده فیزیکی است. در پایان ، در داخل لوله ، ماده‌ای سیاهرنگ ، بی‌مزه و نامحلول در آب (برخلاف قند اولیه) باقی می‌ماند که این ماده جدید ، زغال است و با توجه به تغییر رنگ ، مزه و حلالیت آن در آب ، نشان‌دهنده وقوع یک پدیده شیمیایی است.

انرژی شیمیایی

هر نوع پیوندی میان اتمهای مختلف سازنده مولکول یک جسم ، نوعی انرژی بنام در "انرژی شیمیایی" دارد که مقدار آن به نوع اتم‌ها و نحوه قرار گرفتن آنها در مولکول بستگی دارد. در یک واکنش شیمیایی ، در واقع اتصال اتمها به یکدیگر در واکنش‌ها دستخوش تغییر می‌شود و در نتیجه انرژی شیمیایی فراورده‌های واکنش با انرژی شیمیایی واکنش‌دهنده‌ها تفاوت پیدا می‌کند.

به عنوان مثال ، واکنش گاز کلر با گاز هیدروژن را در نظر بگیریم. گاز کلر از مولکولهای دو اتمی Cl₂ و گاز هیدروژن از مولکولهای دو اتمی H₂ تشکیل شده‌اند. فراورده واکنش ، کلرید هیدروژن HCl خواهد بود که در مقایسه با واکنش‌دهنده با پیوندهای کاملا متفاوتی دارد و از این رو انرژی شیمیایی آنها متفاوت است.

اکنون این پرسش مطرح می‌شود که با توجه به متفاوت بودن انرژی شیمیایی فراورده‌ها و واکنش‌دهنده‌ها با در نظر گرفتن "قانون پایستگی انرژی" این اختلاف انرژی به چه صورت ظاهر می‌شود؟

تغییر گرماگیر و تغییر گرماده

مطابق قانون پایستگی انرژی ، در هر واکنش ، باید انرژی کل ثابت بماند. بنابراین در واکنش‌ها ، اختلاف انرژی میان فراورده‌ها و واکنش‌دهنده‌ها به صورت گرما ظاهر می‌شود. از این رو ، واکنش‌هایی نظیر واکنش‌های سوختن متان و با تشکیل کلرید هیدروژن که در آنها ، سطح انرژی فراورده‌های واکنش از مواد واکنش‌دهنده پایین‌تر باشد، بعلت تولید انرژی گرمایی گرماده می‌گوییم و در مقابل ، واکنش‌هایی که در آنها سطح انرژی شیمیایی فراورده‌ها بیشتر از واکنش‌دهنده‌ها باشد، واکنش‌های گرماگیر نامیده می‌شوند و برای انجام چنین واکنشی باید مقداری گرما به اجزای واکنش‌دهنده داده شود، مانند تجزیه کردن کلرید آمونیوم جامد که با گرم کردن ، به دو گاز آمونیاک و کلرید هیدروژن تبدیل می‌شود.

بنابراین در اندازه گیری و محاسبه انرژی واکنش‌های شیمیایی ، چیزی که همیشه محسوس و قابل اندازه‌گیری است، تفاوت محتوای انرژی یا بعبارتی سطح انرژی مواد اولیه و محصولات عمل است که معمولا به تغییر محتوای گرمایی ، تغییر آنتالپی گفته می‌شود و با ΔH نمایش می‌دهند و در یک واکنش گرماده خواهیم داشت: