Tabla de Contenidos
Tämä on hyvin yleinen kysymys, jota kysytään eri tasoisilta kemian opiskelijoilta, koska se korostaa joitakin maistelutyyppisen prosessin tärkeimpiä piirteitä ja vaatii harkintaa ja kriittistä ajattelua päätettäessä, minkä tyyppisestä muutoksesta on kyse.
Löytääksemme vastauksen meidän on oltava selvillä siitä, mitä kemialliset ja fysikaaliset prosessit ovat, miten tunnistamme ne ja mitä tarkalleen tapahtuu, kun liuotamme suolaa veteen.
Fyysiset muutokset vs. kemialliset muutokset
Fyysiset muutokset määritellään sellaisiksi, jotka voivat muuttaa aineen ulkonäköä tai aggregoitumistilaa, mutta eivät muuta sen kemiallista luonnetta. Tämä tarkoittaa, että ne ovat niitä muutoksia, joissa aineet siirtyvät faasista toiseen, kuten kiinteästä nesteestä tai nesteestä kaasuun, mutta niiden koostumus pysyy samana.
Esimerkiksi vesimolekyyleistä (H 2 O) koostuvan jään sulaessa se muuttuu nestemäiseksi vedeksi, joka luonnollisesti myös koostuu samoista molekyyleistä. Fyysiset ominaisuudet ja ulkonäkö ovat muuttuneet radikaalisti, mutta niiden koostumus on edelleen sama.
Tässä tapauksessa ei tapahtunut kemiallista reaktiota, joka muuttaisi jäässä olevien molekyylien luonnetta.
Toisaalta kemiallisille muutoksille on ominaista kemiallisen reaktion esiintyminen, joka muuttaa aineiden rakennetta tai kemiallista luonnetta. Fyysisen ulkonäön muutoksen lisäksi voidaan havaita alkuperäisistä poikkeavien kemiallisten aineiden ilmaantumista.
Esimerkiksi veden elektrolyysissä molekyylit hajoavat muodostaen molekyylistä vetyä ja happea, joten tämä on kemiallinen muutos.
Kuinka erottaa nämä kaksi toisistaan?
Avain fysikaalisten ja kemiallisten prosessien tunnistamiseen ja erottamiseen on, että edellinen voidaan esittää kemiallisilla yhtälöillä, joissa lähtöaineet ja tuotteet ovat erilaisia kemiallisia aineita.
Toisaalta, koska fysikaaliset prosessit eivät muuta aineiden luonnetta, ne voidaan ottaa talteen muuttumattomina muilla fysikaalisilla prosesseilla, kuten haihduttamalla, tislaamalla, kiinteyttämällä jne.
Tässä analyysissä on kuitenkin oltava varovainen, koska on mahdollista, että haihtumisen kaltaiset prosessit johtavat käänteiseen kemialliseen prosessiin, joka regeneroi alkuperäisen kemikaalin. Asia on siinä, että joitain prosesseja on vaikeampi erottaa kuin toisia, joten on tarpeen etsiä lisätodisteita, jotka tukevat kyseistä hypoteesia.
Mitä tapahtuu, kun liuotamme suolaa veteen?
Tavallinen pöytäsuola tai NaCl on kiinteä ioniyhdiste huoneenlämpötilassa, joka muodostuu natrium- ja kloridi-ionien kiteisestä verkostosta. Veteen liuotettuna tämä liuotin erottaa ionit ja lukitsee ne eräänlaiseen vesimolekyylien häkkiin muodostaen solvatoituneita ioneja. Tämä prosessi voidaan esittää seuraavalla kemiallisella yhtälöllä:
Samanlainen prosessi tapahtuu aina, kun liuotamme minkä tahansa vahvan elektrolyytin veteen. Paljaalla silmällä näemme vain, että suolakiteet (kiinteä NaCl) liukenevat vähitellen, kunnes ne katoavat. On kuitenkin paljon todisteita, jotka viittaavat siihen, että yllä olevan yhtälön edustama kemiallinen muutos itse asiassa tapahtui.
Pääasiallinen todiste on se, että kiinteällä natriumkloridilla ei ole kykyä johtaa sähköä, koska ionit ovat loukussa kiderakenteessa. Veteen liuotettuna saatu liuos kuitenkin johtaa sähköä.
Jotta tämä tapahtuisi, vastakkaisesti varautuneiden ionien on voitava liikkua itsenäisesti kahdelle vastakkaiselle elektrodille, mikä tapahtuu vain, jos natrium- ja kloridi-ionit erotetaan tehokkaasti. Jos ne pysyisivät yhdessä, kuten NaCl:ssa, hiukkaset tuntuisivat yhtä lailla vetoavilta molempiin elektrodiin, jotta ne eivät liiku, ja jos ne eivät liiku, sähköä ei johtuisi.
Yksinkertaisesti sanottuna NaCl:n liukenemisen aikana ionisidos, joka pitää yhdisteen hiukkaset yhdessä, katkeaa, ja kemiallisen sidoksen katkeaminen on kemiallisen muutoksen tunnusmerkki.
Tuomio: Miksi suolan liukeneminen veteen on kemiallinen prosessi?
Hetki sitten sanotun perusteella on selvää, että Na + (aq) ja Cl – (aq) -ionit ovat eri kemiallisia lajeja kuin NaCl (s) . Tästä syystä liukenemisprosessiin liittyy suolan kemiallisen luonteen muutos, minkä vuoksi se luokitellaan kemialliseksi prosessiksi.
Toisesta näkökulmasta katsottuna dissosiaatioprosessit ovat ilmeisesti kemiallisia prosesseja, ja koska suolojen liukeneminen veteen sisältää yhdisteen hajoamisen sen muodostaviksi ioneiksi, ne ovat välttämättä kemiallisia prosesseja.
Miksi jotkut pitävät suolan liukenemista fyysisenä prosessina?
Kaikki näyttää melko selvältä, kun katson sitä hetki sitten. Joten miksi epäilys herää? Syynä on se, että kuten olemme nähneet muissa yhteyksissä, kaikki ei ole mustavalkoista. Osoittautuu, että on myös muita perusteita sen puolesta, että prosessi on puhtaasti fyysinen eikä kemiallinen.
Ensinnäkin on se tosiasia, että natriumkationissa tai kloridianionissa ei tapahdu mitään muutosta valenssikuorensa elektronisessa rakenteessa liukenemisen aikana. Monet ihmiset tulkitsevat tämän kemiallisen muutoksen puuttumiseksi. Vaikka tämä on tärkeä seikka, on muistettava, että ionisidos ei sisällä jaettuja elektroneja ionien välillä, joten tämän tyyppisen sidoksen katkaiseminen ei vaikuta ionien elektroniseen jakautumiseen.
Toisaalta monet käyttävät myös väitettä, että suola voidaan helposti ottaa talteen haihduttamalla vettä, mikä on täysin totta. Se, että prosessi on palautuva, ei kuitenkaan millään tavalla tarkoita, että se olisi välttämättä fyysinen. Itse asiassa hyvin monet kemialliset prosessit, mukaan lukien dissosiaatioreaktiot, ovat palautuvia prosesseja. Toisaalta kaikki fyysiset prosessit eivät ole palautuvia.
Lopuksi muutama sana keskustelusta
Kaikkien puolesta ja vastaan esitettyjen argumenttien ansiosta keskustelu suolojen liukenemisprosessin luonteesta jatkuu, ja se on hyvä asia, koska se saa kemian opiskelijat ajattelemaan ja analysoimaan todisteita näkökulmasta. näkymä.
Ongelma, joka aiheuttaa niin paljon hämmennystä, on, että meillä on usein taipumus ajatella ioniyhdisteitä samalla tavalla kuin ajattelemme kovalenttisia yhdisteitä, ikään kuin ne olisivat erillisiä molekyylejä (esimerkiksi NaCl:n), vaikka ne eivät itse asiassa ole sitä.
Ionisidoksen katkeamisesta puhuminen ei ole kuin kovalenttisen sidoksen katkeamista, vaikka molemmat ovat kemiallisia sidoksia.
Molekyyliyhdisteiden tapauksessa kovalenttinen sidos pitää vain atomit, jotka muodostavat kunkin molekyylin yhdessä. Koheesiovoimat, jotka pitävät molekyylejä yhdessä kiinteässä ja nestemäisessä tilassa, ovat molekyylien välisiä voimia. Nämä ovat vuorovaikutuksia, jotka katkeavat tai uusiutuvat fysikaalisissa prosesseissa.
Toisaalta ionisissa yhdisteissä ei ole molekyylinsisäisiä eikä molekyylien välisiä voimia, koska molekyylejä ei ole. Ionisidos edustaa ainoaa koheesiovoimaa, joka pitää kaikki ionit koossa kidehilassa, joten näiden voimien rikkominen suolaa liuotettaessa on hyvin samankaltaista kuin silloin, kun rikkomme molekyylien välisiä voimia sulattaessa tai haihduttaessa molekyylin kiinteää ainetta. (molemmat fysikaaliset prosessit).
Siksi puhumme harmaasta alueesta. Loppujen lopuksi tärkeää ei ole se, onko tämä prosessi fysikaalinen vai kemiallinen tai kuka voittaa väitteen. Tässä on tärkeää, että keskustelu syntyy ja opiskelijat oppivat puolustamaan näkemyksiään ja ymmärtämään muiden näkökulmia.
Huomautus muista liukenemisprosesseista
On huomattava, että se tosiasia, että suolan liukenemisprosessi on kemiallinen prosessi, ei välttämättä tarkoita, että kaikki liukenemisprosessit ovat myös kemiallisia. Tämä koskee vain elektrolyyttejä, jotka dissosioituvat liuoksessa, koska dissosiaatioprosessi on kemiallinen muutos.
Toisaalta, kun liuotamme molekyylisiä liuenneita aineita, jotka eivät ionisoidu, kuten liuottamalla sokeria veteen tai oktaania bentseeniin, liuenneet molekyylit eivät hajoa tai muodosta kemiallista sidosta niitä muodostavien atomien välille. Tästä syystä nämä liukenemisprosessit ovat fysikaalisia prosesseja.
Viitteet
Brown, T. (2021). Chemistry: The Central Science (11. painos). Lontoo, Englanti: Pearson Education.
Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS ja Herranz, ZR (2020). Kemia (10. painos ). New York City, NY: MCGRAW-HILL.
Aineen luokitus: Aineen ominaisuudet. Haettu osoitteesta https://www.clevelandmetroschools.org/
Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet. (2020, 30. lokakuuta). Haettu osoitteesta https://espanol.libretexts.org/@go/page/1795
