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Dies ist eine sehr häufig gestellte Frage, die Chemiestudenten unterschiedlicher Niveaus gestellt wird, da sie einige der wichtigsten Merkmale des Verkostungsprozesses hervorhebt und den Einsatz von Urteilsvermögen und kritischem Denken erfordert, um zu entscheiden, um welche Art von Änderung es sich handelt.
Um die Antwort zu finden, müssen wir uns darüber im Klaren sein, was chemische und physikalische Prozesse sind, wie wir sie erkennen und was genau passiert, wenn wir Salz in Wasser auflösen.
Physikalische Veränderungen vs. chemische Veränderungen
Physikalische Veränderungen sind definiert als solche, die das Aussehen oder den Aggregatzustand eines Stoffes verändern können, nicht aber seine chemische Natur. Das heißt, es sind solche Veränderungen, bei denen Stoffe von einer Phase in eine andere übergehen, etwa von fest zu flüssig oder von flüssig zu gasförmig, ihre Zusammensetzung aber gleich bleibt.
Wenn zum Beispiel Eis, das aus Wassermolekülen (H 2 O) besteht, schmilzt, verwandelt es sich in flüssiges Wasser, das offensichtlich auch aus den gleichen Molekülen besteht. Die physikalischen Eigenschaften und das Aussehen haben sich radikal verändert, aber sie haben immer noch die gleiche Zusammensetzung.
In diesem Fall fand keine chemische Reaktion statt, die die Natur der Moleküle, die Teil des Eises waren, verändern würde.
Andererseits sind chemische Umwandlungen durch das Auftreten einer chemischen Reaktion gekennzeichnet, die die Struktur oder die chemische Natur von Stoffen verändert. Neben einer Veränderung des physikalischen Erscheinungsbildes kann auch das Erscheinungsbild chemischer Substanzen beobachtet werden, die sich von den ursprünglichen unterscheiden.
Beispielsweise brechen bei der Elektrolyse von Wasser Moleküle auseinander, um molekularen Wasserstoff und Sauerstoff zu bilden, es handelt sich also um eine chemische Veränderung.
Wie kann man zwischen den beiden unterscheiden?
Ein Schlüssel zum Erkennen und Unterscheiden physikalischer von chemischen Prozessen besteht darin, dass erstere durch chemische Gleichungen dargestellt werden können, in denen die Reaktanten und Produkte verschiedene chemische Substanzen sind.
Da andererseits physikalische Prozesse die Natur von Stoffen nicht verändern, können sie durch andere physikalische Prozesse wie Verdampfung, Destillation, Verfestigung usw. unverändert zurückgewonnen werden.
Bei dieser Analyse ist jedoch Vorsicht geboten, da es möglich ist, dass Prozesse wie Verdunstung zum Auftreten eines umgekehrten chemischen Prozesses führen, der die ursprüngliche Chemikalie regeneriert. Der Punkt ist, dass einige Prozesse schwieriger zu unterscheiden sind als andere, daher ist es notwendig, nach zusätzlichen Beweisen zu suchen, die die jeweilige Hypothese stützen.
Was passiert, wenn wir Salz in Wasser auflösen?
Gewöhnliches Kochsalz oder NaCl ist bei Raumtemperatur eine feste ionische Verbindung, die durch ein kristallines Netzwerk aus Natrium- und Chloridionen gebildet wird. Wenn es in Wasser gelöst wird, trennt dieses Lösungsmittel die Ionen und schließt sie in einer Art Käfig aus Wassermolekülen ein, wodurch die solvatisierten Ionen entstehen. Dieser Prozess kann durch die folgende chemische Gleichung dargestellt werden:
Ein ähnlicher Vorgang findet immer dann statt, wenn wir einen starken Elektrolyten in Wasser auflösen. Mit bloßem Auge sehen wir nur, dass sich die Salzkristalle (festes NaCl) allmählich auflösen, bis sie verschwinden. Es gibt jedoch zahlreiche Hinweise darauf, dass die durch die obige Gleichung dargestellte chemische Veränderung tatsächlich stattgefunden hat.
Der Hauptbeweis ist die Tatsache, dass festes Natriumchlorid keine Elektrizität leiten kann, da die Ionen in der kristallinen Struktur eingeschlossen sind. Wenn es jedoch in Wasser gelöst wird, leitet die resultierende Lösung Elektrizität.
Dazu müssen sich die entgegengesetzt geladenen Ionen unabhängig voneinander zu den beiden gegenüberliegenden Elektroden bewegen können, was nur geschieht, wenn die Natrium- und Chloridionen effektiv getrennt werden. Wenn sie zusammenbleiben würden, wie in NaCl, würden sich die Partikel von beiden Elektroden gleichermaßen angezogen fühlen, so dass sie sich nicht bewegen würden, und wenn sie sich nicht bewegen, würde es keine elektrische Leitung geben.
Einfach ausgedrückt, wird während der Auflösung von NaCl die Ionenbindung, die die Teilchen der Verbindung zusammenhält, aufgebrochen, und das Aufbrechen einer chemischen Bindung ist das Kennzeichen einer chemischen Veränderung.
Das Urteil: Warum ist das Auflösen von Salz in Wasser ein chemischer Prozess?
Basierend auf dem, was gerade gesagt wurde, ist es klar, dass die Na + (aq) und Cl – (aq) Ionen andere chemische Spezies als NaCl (s) sind . Aus diesem Grund beinhaltet der Auflösungsprozess eine Veränderung der chemischen Natur des Salzes, weshalb es als chemischer Prozess eingestuft wird.
Anders gesehen sind Dissoziationsprozesse offensichtlich chemische Prozesse, und da die Auflösung von Salzen in Wasser die Dissoziation der Verbindung in ihre konstituierenden Ionen beinhaltet, sind sie notwendigerweise chemische Prozesse.
Warum halten einige die Auflösung von Salz für einen physikalischen Vorgang?
Es scheint alles ziemlich klar zu sein, nachdem man es wie vor einem Moment betrachtet hat. Warum kommt also der Zweifel auf? Der Grund dafür ist, dass, wie wir bei anderen Gelegenheiten gesehen haben, nicht alles schwarz und weiß ist. Es zeigt sich, dass auch andere Argumente dafür sprechen, dass der Prozess rein physikalisch und nicht chemisch ist.
Zunächst einmal erfährt weder das Natriumkation noch das Chloridanion während der Auflösung eine Veränderung der elektronischen Struktur ihrer Valenzschale. Dies wird von vielen Menschen als das Fehlen einer chemischen Veränderung interpretiert. Obwohl dies ein wichtiger Punkt ist, muss daran erinnert werden, dass die Ionenbindung keine gemeinsamen Elektronen zwischen Ionen beinhaltet, sodass das Aufbrechen dieser Art von Bindung die elektronische Verteilung der Ionen nicht beeinflusst.
Auf der anderen Seite argumentieren viele auch, dass Salz durch Verdunsten von Wasser leicht zurückgewonnen werden kann, was völlig richtig ist. Dass ein Prozess reversibel ist, bedeutet jedoch keineswegs, dass er notwendigerweise physikalisch ist. Tatsächlich sind sehr viele chemische Prozesse, einschließlich Dissoziationsreaktionen, reversible Prozesse. Andererseits sind nicht alle physikalischen Prozesse reversibel.
Noch ein paar abschließende Worte zur Diskussion
Trotz aller Argumente dafür und dagegen geht die Diskussion über die Natur des Auflösungsprozesses von Salzen weiter, und das ist gut so, denn es regt Chemiestudenten zum Nachdenken und kritischen Analysieren der Beweise an Sicht.
Das Problem, das so viel Verwirrung verursacht, ist, dass wir oft dazu neigen, an ionische Verbindungen genauso zu denken wie an kovalente Verbindungen, als ob es sich um diskrete Moleküle handelte (z. B. von NaCl), obwohl sie es in Wirklichkeit nicht sind.
Über das Brechen einer ionischen Bindung zu sprechen ist nicht dasselbe wie über das Brechen einer kovalenten Bindung zu sprechen, obwohl beides chemische Bindungen sind.
Bei molekularen Verbindungen hält die kovalente Bindung nur die Atome zusammen, aus denen jedes Molekül besteht. Die Kohäsionskräfte, die Moleküle im festen und flüssigen Zustand zusammenhalten, sind zwischenmolekulare Kräfte. Dies sind die Wechselwirkungen, die in physikalischen Prozessen unterbrochen oder regeneriert werden.
Andererseits gibt es in ionischen Verbindungen weder intramolekulare noch intermolekulare Kräfte, da es keine Moleküle gibt. Die Ionenbindung stellt die einzige Kohäsionskraft dar, die alle Ionen im Kristallgitter zusammenhält, also ist das Brechen dieser Kräfte beim Auflösen eines Salzes sehr ähnlich dem, was passiert, wenn wir intermolekulare Kräfte brechen, wenn wir einen molekularen Feststoff schmelzen oder verdampfen (beides physikalisch Prozesse).
Wir sprechen also von einer Grauzone. Letztlich kommt es nicht darauf an, ob dieser Prozess physikalisch oder chemisch ist oder wer den Streit gewinnt. Wichtig dabei ist, dass Diskussionen entstehen und die Schüler lernen, ihre Standpunkte zu verteidigen und die Standpunkte anderer zu verstehen.
Hinweis zu anderen Auflösungsprozessen
Es sollte beachtet werden, dass die Tatsache, dass der Salzauflösungsprozess ein chemischer Prozess ist, nicht notwendigerweise impliziert, dass alle Auflösungsprozesse auch chemisch sind. Dies gilt nur für Elektrolyte, die in Lösung dissoziieren, da der Dissoziationsprozess eine chemische Veränderung ist.
Wenn wir andererseits molekulare gelöste Stoffe auflösen, die nicht ionisieren, wie zum Beispiel beim Auflösen von Zucker in Wasser oder Oktan in Benzol, brechen die gelösten Moleküle nicht und bilden keine chemische Bindung zwischen den Atomen, aus denen sie bestehen. Aus diesem Grund sind diese Auflösungsvorgänge physikalische Vorgänge.
Verweise
Braun, T. (2021). Chemie: The Central Science (11. Aufl.). London, England: Pearson Education.
Chang, R., Manzo, A. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Chemie (10. Aufl .). New York City, NY: MCGRAW-HÜGEL.
Klassifikation der Materie: Eigenschaften der Materie. Abgerufen von https://www.clevelandmetroschools.org/
Die physikalischen und chemischen Eigenschaften. (2020, 30. Oktober). Abgerufen von https://espanol.libretexts.org/@go/page/1795
