Tabla de Contenidos
นี่เป็นคำถามทั่วไปที่นักเรียนเคมีในระดับต่างๆ ถูกถาม เนื่องจากเป็นการเน้นลักษณะที่สำคัญที่สุดบางประการของกระบวนการประเภทการชิมและต้องใช้วิจารณญาณและการคิดเชิงวิพากษ์เพื่อตัดสินใจว่าการเปลี่ยนแปลงประเภทใด มันเกี่ยวกับ
เพื่อหาคำตอบ เราต้องมีความชัดเจนว่ากระบวนการทางเคมีและกายภาพคืออะไร เราจำแนกได้อย่างไร และเกิดอะไรขึ้นเมื่อเราละลายเกลือในน้ำ
การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมี
การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพหมายถึงการเปลี่ยนแปลงลักษณะหรือสถานะของการรวมตัวของสาร แต่ไม่เปลี่ยนลักษณะทางเคมีของสาร ซึ่งหมายความว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงที่สารเปลี่ยนจากเฟสหนึ่งไปสู่อีกเฟสหนึ่ง เช่น จากของแข็งเป็นของเหลวหรือจากของเหลวเป็นแก๊ส แต่องค์ประกอบของสารยังคงเหมือนเดิม
ตัวอย่างเช่น เมื่อน้ำแข็งซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลของน้ำ (H 2 O) ละลาย มันจะกลายเป็นน้ำของเหลว ซึ่งเห็นได้ชัดว่าประกอบด้วยโมเลกุลเดียวกันด้วย คุณสมบัติทางกายภาพและรูปลักษณ์เปลี่ยนไปอย่างสิ้นเชิง แต่ยังคงมีองค์ประกอบเหมือนเดิม
ในกรณีนี้จะไม่เกิดปฏิกิริยาเคมีที่จะเปลี่ยนธรรมชาติของโมเลกุลที่เป็นส่วนหนึ่งของน้ำแข็ง
ในทางกลับกัน การเปลี่ยนแปลงทางเคมีมีลักษณะเป็นการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่เปลี่ยนแปลงโครงสร้างหรือลักษณะทางเคมีของสาร นอกจากการเปลี่ยนแปลงของลักษณะทางกายภาพแล้ว ยังสังเกตลักษณะของสารเคมีที่แตกต่างจากของเดิมได้อีกด้วย
ตัวอย่างเช่น ในการอิเล็กโทรลิซิสของน้ำ โมเลกุลจะแตกตัวเพื่อสร้างโมเลกุลไฮโดรเจนและออกซิเจน ดังนั้นนี่คือการเปลี่ยนแปลงทางเคมี
จะแยกความแตกต่างระหว่างทั้งสองได้อย่างไร?
กุญแจสำคัญในการจดจำและแยกแยะกระบวนการทางกายภาพออกจากกระบวนการทางเคมีคือ สมการเคมีสามารถแทนได้ด้วยสมการเคมีซึ่งสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์เป็นสารเคมีที่แตกต่างกัน
ในทางกลับกัน เนื่องจากกระบวนการทางกายภาพไม่เปลี่ยนแปลงธรรมชาติของสาร ดังนั้น จึงสามารถกู้คืนได้โดยไม่เปลี่ยนแปลงผ่านกระบวนการทางกายภาพอื่นๆ เช่น การระเหย การกลั่น การทำให้แข็งตัว เป็นต้น
อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์นี้ต้องใช้ความระมัดระวัง เนื่องจากเป็นไปได้ที่กระบวนการต่างๆ เช่น การระเหยจะนำไปสู่การเกิดกระบวนการทางเคมีย้อนกลับซึ่งสร้างสารเคมีดั้งเดิมขึ้นใหม่ ประเด็นคือกระบวนการบางอย่างแยกแยะได้ยากกว่ากระบวนการอื่นๆ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมองหาหลักฐานเพิ่มเติมที่สนับสนุนสมมติฐานที่เกี่ยวข้อง
จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อเราละลายเกลือในน้ำ
เกลือแกงทั่วไปหรือ NaCl เป็นสารประกอบไอออนิกที่เป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งเกิดจากโครงข่ายผลึกของโซเดียมและคลอไรด์ไอออน เมื่อละลายในน้ำ ตัวทำละลายนี้จะแยกไอออนและขังไว้ในกรงของโมเลกุลของน้ำ ก่อตัวเป็นไอออนที่ถูกละลาย กระบวนการนี้สามารถแสดงได้ด้วยสมการทางเคมีต่อไปนี้:
กระบวนการที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นเมื่อเราละลายอิเล็กโทรไลต์เข้มข้นในน้ำ ด้วยตาเปล่าสิ่งที่เราเห็นก็คือผลึกเกลือ (NaCl ที่เป็นของแข็ง) ค่อยๆ ละลายจนหายไป อย่างไรก็ตาม มีหลักฐานมากมายที่บ่งชี้ว่าการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่แสดงโดยสมการข้างต้นนั้นเกิดขึ้นจริง
หลักฐานหลักคือความจริงที่ว่าโซเดียมคลอไรด์ที่เป็นของแข็งไม่มีความสามารถในการนำไฟฟ้า เนื่องจากไอออนถูกขังอยู่ในโครงสร้างผลึก อย่างไรก็ตาม เมื่อละลายน้ำ สารละลายที่เกิดขึ้นจะนำไฟฟ้าได้
เพื่อให้สิ่งนี้เกิดขึ้น จะต้องเป็นไปได้ที่ไอออนที่มีประจุตรงข้ามกันจะเคลื่อนที่อย่างอิสระไปยังอิเล็กโทรดตรงข้ามทั้งสอง ซึ่งจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อไอออนของโซเดียมและคลอไรด์ถูกแยกออกจากกันอย่างมีประสิทธิภาพ หากพวกมันอยู่ด้วยกัน เช่นเดียวกับ NaCl อนุภาคจะรู้สึกดึงดูดอิเล็กโทรดทั้งสองเท่าๆ กัน ดังนั้นพวกมันจะไม่เคลื่อนที่ และเมื่อไม่เคลื่อนที่ ก็จะไม่มีการนำไฟฟ้า
พูดง่ายๆ ก็คือ ระหว่างการละลายของ NaCl พันธะไอออนิกที่ยึดอนุภาคของสารประกอบไว้ด้วยกันจะแตกออก และการแตกของพันธะเคมีถือเป็นจุดเด่นของการเปลี่ยนแปลงทางเคมี
คำตัดสิน: ทำไมการละลายเกลือในน้ำจึงเป็นกระบวนการทางเคมี?
จากที่ได้กล่าวไว้เมื่อสักครู่นี้ เป็นที่ชัดเจนว่าไอออน Na + (aq)และ Cl – (aq)เป็นสารเคมีคนละชนิดกับ NaCl (s ) ด้วยเหตุนี้ กระบวนการละลายจึงเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงลักษณะทางเคมีของเกลือ ซึ่งเป็นสาเหตุที่เกลือถูกจัดอยู่ในประเภทกระบวนการทางเคมี
มองอีกแง่หนึ่ง เห็นได้ชัดว่ากระบวนการแตกตัวเป็นกระบวนการทางเคมี และเนื่องจากการละลายของเกลือในน้ำเกี่ยวข้องกับการแตกตัวของสารประกอบออกเป็นไอออนที่เป็นส่วนประกอบ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีกระบวนการทางเคมี
เหตุใดบางคนจึงถือว่าการละลายของเกลือเป็นกระบวนการทางกายภาพ
ทุกอย่างดูเหมือนจะค่อนข้างชัดเจนหลังจากมองดูเมื่อครู่นี้ เหตุใดจึงเกิดความสงสัย เหตุผลก็อย่างที่เราเห็นในครั้งอื่นๆ ไม่ใช่ว่าทุกอย่างจะเป็นขาวดำ ปรากฎว่ามีข้อโต้แย้งอื่น ๆ ที่สนับสนุนกระบวนการที่เป็นทางกายภาพล้วน ๆ ไม่ใช่สารเคมี
เริ่มต้นด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าโซเดียมไอออนบวกและคลอไรด์แอนไอออนไม่ได้ผ่านการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของเปลือกวาเลนซ์ระหว่างการละลาย หลายคนตีความสิ่งนี้ว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมี แม้ว่านี่จะเป็นประเด็นสำคัญ แต่ก็ต้องจำไว้ว่าพันธะไอออนิกไม่เกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันระหว่างไอออน ดังนั้นการทำลายพันธะประเภทนี้จึงไม่ส่งผลกระทบต่อการกระจายตัวของไอออนทางอิเล็กทรอนิกส์
ในทางกลับกัน หลายคนยังใช้เหตุผลว่าเกลือสามารถกู้คืนได้ง่ายโดยการระเหยน้ำ ซึ่งเป็นความจริงโดยสิ้นเชิง อย่างไรก็ตาม กระบวนการที่ย้อนกลับได้นั้นไม่ได้หมายความว่ากระบวนการนั้นจำเป็นต้องเกิดขึ้นจริงในทางใดทางหนึ่ง ในความเป็นจริง กระบวนการทางเคมีจำนวนมาก รวมถึงปฏิกิริยาการแตกตัวเป็นกระบวนการที่ผันกลับได้ ในทางกลับกัน ไม่ใช่ว่ากระบวนการทางกายภาพทั้งหมดจะย้อนกลับได้
คำพูดสุดท้ายในการอภิปราย
โดยอาศัยข้อโต้แย้งทั้งหมดสำหรับและต่อต้านการอภิปรายเกี่ยวกับธรรมชาติของกระบวนการละลายของเกลือยังคงดำเนินต่อไปและเป็นสิ่งที่ดีเพราะมันทำให้นักเรียนเคมีคิดและวิเคราะห์หลักฐานจากมุมมองที่สำคัญ ดู.
ปัญหาที่ทำให้เกิดความสับสนอย่างมากคือ เรามักจะนึกถึงสารประกอบไอออนิกในลักษณะเดียวกับที่เรานึกถึงสารประกอบโควาเลนต์ ราวกับว่าพวกมันเป็นโมเลกุลที่ไม่ต่อเนื่องกัน (เช่น NaCl) ทั้งที่ความจริงแล้วมันไม่ใช่
การพูดถึงการสลายพันธะไอออนิกนั้นไม่เหมือนกับการพูดถึงการสลายพันธะโควาเลนต์ แม้ว่าทั้งคู่จะเป็นพันธะเคมีก็ตาม
ในกรณีของสารประกอบโมเลกุล พันธะโควาเลนต์จะจับยึดอะตอมที่ประกอบกันเป็นโมเลกุลแต่ละโมเลกุลเท่านั้น แรงเหนียวที่ยึดโมเลกุลเข้าด้วยกันในสถานะของแข็งและของเหลวคือแรงระหว่างโมเลกุล นี่คือปฏิสัมพันธ์ที่ถูกทำลายหรือสร้างขึ้นใหม่ในกระบวนการทางกายภาพ
ในทางกลับกัน ในสารประกอบไอออนิก ไม่มีทั้งแรงภายในโมเลกุลและแรงระหว่างโมเลกุล เนื่องจากไม่มีโมเลกุล พันธะไอออนิกเป็นแรงยึดเหนี่ยวเพียงหนึ่งเดียวที่ยึดไอออนทั้งหมดไว้ด้วยกันในตาข่ายผลึก ดังนั้น การทำลายแรงเหล่านี้เมื่อละลายเกลือจึงเหมือนกับสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อเราสลายแรงระหว่างโมเลกุลเมื่อละลายของแข็งโมเลกุลหรือระเหยมัน (ทั้งทางกายภาพ กระบวนการ)
ดังนั้นเรากำลังพูดถึงพื้นที่สีเทา ท้ายที่สุดแล้ว สิ่งสำคัญไม่ได้อยู่ที่ว่ากระบวนการนี้เป็นกระบวนการทางกายภาพหรือทางเคมีหรือไม่ หรือใครเป็นผู้ชนะในการโต้เถียง สิ่งสำคัญที่นี่คือการสร้างการอภิปรายและนักเรียนเรียนรู้ที่จะปกป้องมุมมองของพวกเขาและเข้าใจมุมมองของผู้อื่น
หมายเหตุเกี่ยวกับกระบวนการละลายอื่นๆ
ควรสังเกตว่าข้อเท็จจริงที่ว่ากระบวนการละลายเกลือเป็นกระบวนการทางเคมีไม่ได้แปลว่ากระบวนการละลายทั้งหมดเป็นกระบวนการทางเคมีเช่นกัน สิ่งนี้เป็นจริงสำหรับอิเล็กโทรไลต์ที่แยกตัวออกจากสารละลายเท่านั้น เนื่องจากกระบวนการแยกตัวเป็นการเปลี่ยนแปลงทางเคมี
ในทางกลับกัน เมื่อเราละลายตัวละลายโมเลกุลที่ไม่แตกตัวเป็นไอออน เช่น เมื่อละลายน้ำตาลในน้ำ หรือออกเทนในเบนซิน โมเลกุลของตัวถูกละลายจะไม่แตกหรือสร้างพันธะเคมีใดๆ ระหว่างอะตอมที่ประกอบกันขึ้น ด้วยเหตุนี้ กระบวนการละลายเหล่านี้จึงเป็นกระบวนการทางกายภาพ
อ้างอิง
บราวน์ ที. (2564). เคมี: วิทยาศาสตร์กลาง (ฉบับที่ 11) ลอนดอน ประเทศอังกฤษ: เพียร์สัน เอดูเคชั่น.
Chang, R., Manzo, Á. ร. โลเปซ PS และเฮอร์รานซ์ ZR (2020) เคมี ( ครั้ง ที่ 10 .). นครนิวยอร์ก รัฐนิวยอร์ก: MCGRAW-HILL
การจำแนกประเภทของสสาร: คุณสมบัติของสสาร สืบค้นจากhttps://www.clevelandmetroschools.org/
คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี (2563, 30 ตุลาคม). สืบค้นจากhttps://espanol.libretexts.org/@go/page/1795
