Dieci esempi di cambiamenti chimici che sperimentiamo ogni giorno

Viviamo in un mondo composto da un numero infinito di atomi, ioni e molecole in costante movimento, che si scontrano costantemente tra loro, dando origine a innumerevoli cambiamenti nella materia. Questi cambiamenti possono essere cambiamenti fisici, come lo scioglimento del ghiaccio al sole o l’evaporazione del solvente dalla vernice essiccata, ma in molti casi sono cambiamenti chimici o reazioni chimiche.

Una delle parti più divertenti dello studio della chimica è imparare a riconoscere questi cambiamenti che avvengono intorno a noi e imparare a vedere oltre la bellezza di alcuni di questi cambiamenti, così come la semplicità di altri. Ecco perché in questo articolo presentiamo un elenco di dieci esempi di cambiamenti chimici che avvengono intorno a noi e che sperimentiamo ogni (o quasi) giorno.

Diversi tipi di cambiamenti nella materia

Prima di entrare negli esempi di cambiamenti chimici , è importante rivedere cosa sono i cambiamenti chimici, al fine di distinguerli dagli altri processi di cambiamento che si verificano costantemente anche intorno a noi.

Ricorda che la materia può subire diversi tipi di processi di cambiamento o trasformazioni. In generale, questi cambiamenti sono classificati in cambiamenti fisici, cambiamenti chimici e cambiamenti o trasformazioni nucleari.

Cos’è un cambiamento fisico?

I cambiamenti fisici sono quelli in cui le sostanze non subiscono alcun cambiamento nella loro struttura fondamentale. Sono cioè processi di trasformazione in cui non cambiano né la natura né la composizione elementare, né il modo in cui gli atomi e gli ioni che compongono le sostanze presenti nella materia si uniscono o si legano tra loro.

Ad esempio, l’evaporazione dell’acqua è un cambiamento fisico perché sia ​​l’acqua liquida che l’acqua gassosa rimangono acqua, nonostante l’evidenza di una trasformazione.

Cos’è un cambiamento chimico?

Viceversa, i processi o mutamenti chimici sono trasformazioni in cui una o più sostanze chimiche si trasformano in un’altra o in altre diverse mediante un cambiamento o nella loro composizione elementare, o nel modo e nell’ordine in cui sono legate tra loro. gli atomi che li compongono.

Cioè, i cambiamenti chimici consistono in un processo di disassemblaggio e riconfigurazione degli atomi di una o più sostanze chimiche, chiamate reagenti, per produrre una o più sostanze chimiche diverse, chiamate prodotti.

I cambiamenti chimici sono facilmente riconoscibili in quanto comportano la scomparsa di una o più sostanze e la comparsa di una o più sostanze chimiche diverse. Queste possono avere proprietà e caratteristiche radicalmente diverse dalle sostanze originarie, rendendole, in alcuni casi, molto facili da riconoscere. Ad esempio, molte reazioni chimiche producono drastici cambiamenti di colore, l’improvviso rilascio di grandi quantità di energia sotto forma di calore, luce o entrambi, o possono anche essere contrassegnate dalla comparsa di impressionanti cristalli di diversi colori apparentemente dal nulla.

Cos’è un cambiamento nucleare?

All’ultimo posto abbiamo i cambiamenti nucleari. Le reazioni nucleari sono molto meno frequenti dei cambiamenti fisici e chimici, ma sono anche di grande importanza. Consistono in processi in cui il nucleo di un atomo cambia per produrre uno o più nuovi atomi. Questo è il tipo di reazioni che si verificano nelle centrali nucleari, nell’esplosione di una bomba atomica o nel nucleo delle stelle.

Ora che abbiamo ricordato cosa sono i cambiamenti chimici e sappiamo come distinguerli dagli altri due tipi di cambiamenti che la materia può subire, diamo un’occhiata ad alcuni esempi specifici di cambiamenti chimici che avvengono costantemente intorno a noi.

1. Taglio del latte

La maggior parte di noi ha avuto la spiacevole sorpresa che il latte che era in frigo sia andato a male. Ce ne accorgiamo subito quando osserviamo che quella che inizialmente sembrava una miscela bianca omogenea si è ora separata in due fasi ben distinguibili, una delle quali è più solida e galleggia su una fase acquosa.

Questo processo è dovuto all’azione di batteri che, crescendo e riproducendosi, svolgono una serie di reazioni biochimiche che acidificano il latte. Ma, nonostante il fatto che le reazioni biochimiche siano, in realtà, un insieme di reazioni chimiche di diverso tipo, la reazione che vediamo ad occhio nudo avviene tra gli ioni idronio responsabili dell’acidità (ioni H 3 O + ) _e le ^proteine ​​​​del latte che originariamente erano disciolti nell’acqua.

Abbassando il pH del latte (o aumentandone l’acidità, che è la stessa cosa), gli ioni idronio in eccesso reagiscono con le proteine, trasferendo protoni alle molecole proteiche attraverso una reazione acido-base. La proteina protonata diventa meno solubile e alla fine precipita allo stato solido e si separa dall’acqua.

2. Eliminazione della durezza dell’acqua con resine a scambio ionico

^{L’acqua che ha una concentrazione relativamente alta di ioni calcio (Ca 2+} ) e magnesio (Mg ^2` ) è nota come acqua dura . L’acqua dura può portare molti problemi in casa, tra cui la precipitazione di carbonato di calcio e magnesio nelle tubature che lentamente le intasano fino al punto in cui non può più passare acqua. Inoltre formano sali insolubili con le molecole di sapone, impedendogli di agire rimuovendo le impurità quando ci laviamo o facciamo il bagno.

Nei luoghi in cui l’acqua è dura, spesso vengono installati filtri speciali che rimuovono questi ioni dall’acqua, “ammorbidendola” efficacemente. A differenza di un filtro convenzionale, che è un materiale poroso che non lascia passare particelle di una certa dimensione, i filtri per eliminare la durezza dell’acqua sono in realtà costituiti da due resine speciali chiamate resine a scambio ionico. Queste resine reagiscono attraverso reazioni chimiche.

La prima resina scambia i suddetti cationi (Ca ²⁺ e Mg ²⁺ ) con protoni attraverso una reazione di spostamento chimico come la seguente:

Dove M ²⁺ rappresenta uno dei due cationi Nel frattempo, per evitare che l’acqua diventi acida, un’altra resina scambia gli anioni che fungono da controioni per il calcio e il magnesio per gli ioni idrossido:

Gli ioni idrossido rilasciati sulla resina a scambio anionico neutralizzano quindi i protoni rilasciati dalla resina a scambio cationico mediante un’altra reazione chimica:

3. Sbiadimento delle vernici al sole

Se facciamo una breve passeggiata per un qualsiasi paese o città e osserviamo le molteplici pubblicità e striscioni sparsi su ogni lato della strada, noteremo che i nuovi cartelloni hanno colori intensi e vibranti mentre quelli che sono stati esposti al sole per più a lungo, vento e pioggia hanno già perso gran parte del loro colore. Infatti, i primi colori a sbiadire sono solitamente i toni del blu e del verde, lasciando i toni del rosso e del giallo, motivo per cui molte vecchie stampe esposte al sole appaiono giallastre o arancioni.

In alcuni casi ciò è dovuto agli agenti atmosferici e all’erosione del vento e della pioggia, ma nella maggior parte dei casi lo scolorimento è dovuto alla degradazione chimica dei pigmenti, in particolare delle tonalità blu e verdi, per azione dei raggi ultravioletti del sole.

4. La formazione di schiuma quando si aggiunge perossido di idrogeno a una ferita

Il perossido di idrogeno è una soluzione acquosa contenente dal 10% al 30% circa di perossido di idrogeno (H ₂ O ₂ ). Questo composto si decompone spontaneamente in ossigeno gassoso e acqua attraverso una reazione chimica di sproporzione o dismutazione:

Questa reazione è molto lenta in un flacone di perossido di idrogeno per uso antisettico come quello che di solito abbiamo in un kit di pronto soccorso. Tuttavia, le cellule del nostro sangue e della maggior parte degli eucarioti hanno organelli in cui sono presenti enzimi specializzati nella decomposizione catalitica del perossido di idrogeno. Pertanto, quando aggiungiamo perossido di idrogeno a una ferita aperta, questo scompone rapidamente il perossido di idrogeno, rilasciando ossigeno gassoso che produce le bolle che formano la schiuma che vediamo.

5. Cristallizzazione di plastiche esposte al sole

La luce solare ei suoi raggi ultravioletti sono in grado di catalizzare un gran numero di reazioni chimiche diverse. Uno di questi è la decomposizione delle catene polimeriche che formano la struttura della plastica. Di conseguenza, la maggior parte degli oggetti di plastica che lasciamo a lungo al sole finiscono per perdere le loro proprietà plastiche e trasformarsi in un materiale rigido e fragile, simile a un insieme di cristalli compattati.

Questo processo, spesso associato alla cristallizzazione, è un cambiamento chimico in quanto altera la composizione chimica e la connettività tra gli atomi che costituiscono le lunghe molecole polimeriche.

6. Il cambiamento di colore del cibo durante la frittura o la tostatura

Poche cose sono più deliziose del sapore smussato e caramellato che si forma sulla superficie di carni e verdure quando si grigliano, si friggono o si arrostiscono. Come ogni cosa in cucina, questo processo di caramellizzazione avviene grazie a una serie di diversi processi chimici. In questo caso, si tratta di un insieme molto complesso di reazioni chimiche note come reazioni di Maillard.

Si tratta di reazioni che avvengono tra gli zuccheri negli alimenti e i residui di aminoacidi nelle proteine. Queste sono spesso chiamate reazioni di Maillard, sebbene tecnicamente si tratti di reazioni di glicosilazione o glicosilazione simili a quelle che si verificano comunemente all’interno delle cellule viventi, ma senza l’intervento di catalizzatori enzimatici. Invece, le reazioni di Maillard sono guidate dal calore.

7. Cristallizzazione del miele

Il miele è una soluzione altamente concentrata di diversi zuccheri in acqua. Nonostante la sua alta concentrazione, tutti i soluti di solito rimangono disciolti. Tuttavia, se lasciamo indisturbata una bottiglia di miele per un lungo periodo di tempo, molto probabilmente osserveremo che sul fondo iniziano a comparire piccoli cristalli di zucchero, oppure si innesca la completa cristallizzazione di tutto il miele con cui tutto finisce per diventare un unico blocco apparentemente solido.

Questo processo di cristallizzazione è spesso considerato un cambiamento chimico. Tuttavia, può essere facilmente invertito riscaldando leggermente il miele, che aumenta la solubilità degli zuccheri presenti e si sciolgono nuovamente.

8. Indurimento di smalti catalizzati

Sul mercato esiste un’ampia varietà di vernici e smalti diversi, ognuno dei quali ha una sua particolare applicazione. Tuttavia, quando si cerca una finitura forte, lucida e molto resistente, si opta quasi sempre per qualche tipo di smalto catalizzato. Questi smalti non sono altro che resine plastiche formate da lunghi polimeri che presentano catene laterali capaci di unirsi tra loro attraverso reazioni chimiche. Quando si verificano queste reazioni, si forma una rete di molecole interconnesse che è estremamente forte.

Tuttavia, queste reazioni richiedono che avvenga l’azione di un catalizzatore, altrimenti lo smalto si solidificherebbe nel barattolo e non potrebbe essere applicato sulla superficie. Questo catalizzatore si acquista insieme allo smalto, e vi si mescola nella proporzione opportuna secondo la quantità di smalto che si vuole preparare.

Quindi, la prossima volta che vedi un pittore o anche un manicure, mescolare uno smalto con una piccola quantità di una sostanza trasparente e incolore, e poi applicare lo smalto su qualsiasi superficie, ricordiamoci che stiamo per vedere una sostanza chimica catalizzata reazione di formazione di legami incrociati tra resine polimeriche.

9. La caramellizzazione dello zucchero

Riscaldando lo zucchero in una padella con una piccola quantità di acqua, possiamo vedere che lo zucchero prima si scioglie, diventando liquido. Tuttavia, riscaldando ancora un po’, notiamo che inizia a diventare di un colore marrone chiaro ea rilasciare un delizioso odore caratteristico. Si è formato il caramello.

A questo punto è evidente il verificarsi di una reazione chimica, poiché si sta formando un composto con un aroma diverso da quello dello zucchero puro e che, inoltre, ha un colore diverso, poiché lo zucchero è naturalmente bianco. Questo processo di formazione del caramello (o caramellizzazione), è una reazione chimica in cui le molecole di saccarosio dello zucchero da tavola si legano tra loro, formando così un polimero.

10. Indurimento di colle a base di resine epossidiche

Come gli smalti catalizzati, le resine epossidiche sono costituite da plastiche prepolimerizzate in cui le catene polimeriche sono inizialmente libere l’una dall’altra. Tuttavia, se miscelata con una seconda resina che ha tra i suoi componenti un opportuno catalizzatore, si innesca una reazione di polimerizzazione in cui le catene laterali dei polimeri si intrecciano, indurendo la resina.

Questo è il principio di funzionamento di molte colle molto dure e resistenti.

Riferimenti

Arias Giraldo, S., & López Velasco, DM (2019). Reazioni chimiche di zuccheri semplici utilizzati nell’industria alimentare . Lampsakos. 22. 123–136. https://www.redalyc.org/journal/6139/613964509011/html/

Dipartimento di Chimica Inorganica. (nd). Decomposizione catalitica del perossido di idrogeno . Università di Alicante. https://dqino.ua.es/es/virtual-laboratory/decomposicion-catalitica-del-perossido-de-hidrogeno.html

Gazechim Composites Iberica. (2013, 25 ottobre). Resina epossidica . https://www.gazechim.es/noticias/actualidad/resina-epoxi/

Madsen, J. (2020, 18 febbraio). La scienza alla base del processo di indurimento della resina epossidica . esperti di calore. https://www.heatxperts.com/es/blog/post/the-science-behind-the-epoxy-curing-process.html

Vel Sid. (2014, 26 luglio). Reazione di Maillard . Gastronomia & Co. https://gastronomiaycia.republica.com/2010/03/11/reaccion-de-maillard/

greenhoney. (2019, 12 novembre). Miele cristallizzato, il miele puro di una vita . https://www.verdemiel.es/blog/2019/11/12/miel-cristalizada-la-miel-pura-de-toda-la-vida/