שינויים כימיים: מאפיינים, דוגמאות, סוגים - כִּימִיָה - 2025

השינויים הכימיים הם השינויים המתרחשים חומרים או משנים מתגובות כימיות. הם מאופיינים בכך שהם בלתי הפיכים, מכיוון שהם כרוכים ביצירת קשרים חדשים הזקוקים לאנרגיה או לתגובות אחרות כדי להפוך את השפעותיהם.

החיים והביוכימיה שלהם, למשל, מורכבים משינויים כימיים בלתי פוסקים החושפים מספר רב של תגובות המתרחשות בתוך יצורים חיים. התוצאה היא צמיחה, התפתחות והתיישנות של רקמות צמחים ובעלי חיים; שכידוע, מדעית ותרמודינמית, זהו תהליך בלתי הפיך.

שינוי צבע העלים במהלך הסתיו הוא דוגמא לשינוי כימי. מקור: ג'ייק קולווין דרך פיקסלים.

זו הסיבה שביצורים חיים, מחסרי חוליות לחולי חוליות, אנו מוצאים שינויים כימיים אפילו בזמן שהם צורכים את המזון שלהם, מכיוון שהם משתמשים בתגובות אנזימטיות כדי להשפיל אותם ולנצל את האנרגיה והחומר הכימי שהם מפיקים מהם.

כיצד לזהות שינויים כימיים?

דוגמה לשינוי כימי

אחד המאפיינים העיקריים להכירם בטבע הוא התבוננות אם מתרחש שינוי בצבע, או אם נוצר ריח מסוים. כך, בעונות השנה מורגש איך העצים מתחילים בהדרגה לשנות את צבע העלים שלהם; בהם כלורופיל והפיגמנטים הטבעיים שלו עוברים תגובות כימיות.

אדמת העלים בסתיו היא דוגמא מאוד ברורה לשינוי כימי. חיבור זה לחיים, תמנונים וזיקיות מסווים עצמם בזכות סדרת תגובות כימיות המערבות את תאי עורם; אך בניגוד לעלים, הם יכולים להפוך שינויי צבע באמצעות תגובות אחרות ש"מבטלות "את ההסוואה.

עם זאת, צבעי השמים והעננים השונים אינם תוצר של שינויים כימיים אלא פיזיים: פיזור ראלי. בינתיים, הלבנת הבגדים והסרת הכתמים שלהם כמו גם הכתמת בגדים בצבעים הם שינויים כימיים.

מאפיינים

הוזכר כי שינוי הצבע והריח הם שני המאפיינים העיקריים שחל שינוי כימי וכי לפיכך התרחשה תופעה המערבת תגובה כימית אחת או מרובה.

בשלב הבא, יטופלו במאפיינים חשובים אחרים המאפשרים לזהות זאת ישירות בעזרת החושים שלנו. ככל שניתן לראות יותר מאפיינים, כך סביר יותר שאנו עומדים בפני שינוי כימי ולא פיסי.

שינוי בטמפרטורה או שחרור האור

שינוי כימי מלווה בעלייה (תגובה אקסותרמית) או ירידה (תגובה אנדותרמית) בטמפרטורה; כלומר אם נוצר חום, או אם להפך, מתקבלת תחושת הקור בהתאמה. כמו כן, לפעמים שחרור החום מתרחש במקביל למראה האור.

היווצרות גז

היווצרות גזים קשורה ישירות לשינויים בריחות. אם נוצר גז במדיום נוזלי, תצוף מבעבע, מה שמעיד על שינוי כימי.

זה נובע מהעובדה שיש מולקולות עם לחץ אדי גבוה הנישאות בקלות על ידי האוויר, או שחרור מולקולות קטנות, כמו CO ₂ , H ₂ S, CH ₄ , O ₂ וכו ', שהם תוצרי קצה של תגובות מסוימות.

היווצרות משקעים

אם התגובות מתרחשות במדיום נוזלי ומתחיל להיווצר היווצרות משקעים, יהיה צבעו או מרקמו אשר יהיה, יש לומר כי שינוי כימי התרחש. באופן דומה, זה יכול להיות המקרה כאשר שני גזים מתערבבים ויוצרים אפר או מלחים.

בלתי הפיכה

למרות שנכון שיש תגובות הפיכולות המסוגלות ליצור שיווי משקל, השינויים שנוצרו עם המאפיינים שתוארו עד כה בעצמם הם בלתי הפיכים; הם זקוקים לתגובות או אנרגיה אחרים מכל סוג שהוא כדי להתערב כדי שההשפעות שלהם יופכו. ובכל זאת, במקרים רבים זה כמעט בלתי אפשרי.

בלתי הפיכה הזו נצפתה בשינוי בהרכב, או בהידרדרות העניין. לדוגמא, עץ שנשרף בלהבות ומסתיים באפר, שהרכבו הסופי שונה מזה של העץ, לא יצליח להפוך את השינוי הכימי שחל בשום אמצעי; אלא אם כן ניתן היה להחזיר את הזמן לאחור

סוגים

שינויים כימיים עצמם אינם כפופים לשום סיווג: הם נתפסים בחושינו וניתן להסיק או לבחון אילו סוגים של תגובות כימיות מתרחשות. לפיכך, שינויים כאלה נובעים מקבוצת תגובות אורגניות, אורגניות או ביוכימיות.

כאשר מדברים על "שינויים" אורגניים, נאמר כי לא מעורב שום תרכובת שלד פחמנית, אלא כל מתחמי מתכת המעברים; תחמוצות, סולפידים, הידרידים, ניטרידים, הלוגנים, בין תרכובות אחרות.

בינתיים, בשינויים אורגניים וביוכימיים משתתפים תרכובות פחמן, עם ההבדל שהראשון בדרך כלל מתרחש מחוץ לאורגניזמים (למעט התגובות שמתבצעות על ידי תרופות), והאחרון בתוכם (ביחס לאנזימים מטבוליזם, ביומולקולות).

דוגמאות

הצהבה של ניירות

קפלי נייר הופכים לצהובים עם הזמן. מקור: makamuki0 דרך Pixabay.

העיתונים מאבדים עם הזמן את לובןיהם להפוך לצהובב או חום. תהליך זה נובע מחמצון הפולימרים שלו, ובמיוחד ליגנין, אשר יחד עם תאית משלבים אטומי חמצן שבסופו של דבר מחלישים את האינטראקציות הבין-מולקולריות שלהם.

זיקוקין

זיקוקים מייצגים תגובת בעירה, שבה תערובת של חומרי הדלק, אשלגן חנקתי, פחמן וגופרית נשרפת תוך התרגשות אלקטרונית של מלחי המתכת אשר ספגו את הפיצוצים שהתקבלו בצבעים.

חללים

עששת מייצרת שינוי צבע בשיניים כתוצאה מהפחתתם, הנגרמת על ידי החומצות הנוצרות כאשר מיקרואורגניזמים מעכלים את הסוכרוז מהמזון. אמייל שיניים, המורכב ממטריצה ​​מינרלוגית של סידן פוספטים, מאבד את היונים שלו ככל שהחומציות מתגברת ויצירת חללים מתקדמת.

גידול אצות

שכבת האצות והמיקרואורגניזמים הצומחת באגמים היא לפעמים כזו שיכולה להפוך לדביקה. מקור: Michael Meiters (https://www.flickr.com/photos/psychofreakx3/5963134909)

הפרשת האגמים מעודדת צמיחת אצות, המכסות את פני השטח שלהם בירוק כתוצאה משינוי בתכונות הכימיות של המים; שינוי שבסופו של דבר נראה לעין ושלילי עבור עולם החי במים.

פירוק האלקה-סלצר

האלקה-זלצר כשהוא מומס במים מתחיל לשחרר בועות המדגימות את התהפכותן. הגזים נובעים מה- CO ₂ הנוצר על ידי פירוק NaHCO ₃ , יחד עם חומצות לימון ואצטיל-סליציליות המגיעות בטבלט הדחוס.

מזיקים גופניים

כאשר אנו מזיעים, בלתי נמנע, במוקדם או במאוחר, לתפוס ריחות לא נעימים הנמצאים תחת הזרועות, על העור או על הרגליים. ריחות רעים אלה נובעים ממולקולות אורגניות נדיפות המסונתזות על ידי מיקרואורגניזמים, ומעידים כי חל שינוי כימי.

נֶמֶק

הפירוק האורגני של יצורים חיים או מזון הם שינויים כימיים הכרוכים בסדרה של תגובות מורכבות. ריחות רעים מלווים בשינוי בהרכב, כמו גם בצבע. לדוגמא, ריקבון הפירות כמו בננות ואבוקדו מראה את כל המאפיינים הללו.

קולה ונענע

תערובת של קולה ונענע מתפרצת כמו הר געש סודה. מקור: מייקל מרפי

למרות שמדובר רשמית בתגובה פיזית, מבלי לשבור קשרים כימיים אך בהשתתפות רציפה של שיווי משקל בין המינים H ₂ CO ₃ ו- CO ₂ , ניתן להתייחס להתפרצות של קוקה קולה-מנטה כהפניה לגילוי פיצוצים אחרים שעושים עשוי להיות כימי גרידא.

מנטה מספק אתרי גרעין ליצירת בועות זעירות של CO ₂ , הקולטות חלק מה- CO ₂ המומס על ידי הפרעה לאינטראקציות שלו עם מולקולות מים. לפיכך, CO ₂ מומס מתרכז בבועות קטנות מרובות, המתנגדות למתח השטח ההולך וגובר של מים הנגרמים על ידי סוכר ותרכובות אחרות.

התוצאה היא שבועות CO ₂ בורחות מגרירת המים שלא רוצים "לשחרר" אותם. זה גורם לקצף האופייני של פריחות מנטה אלה להופיע, כפי שניתן לראות בתמונה למעלה.

פיצוצים

פיצוצים הם בדרך כלל תגובות בעירה נמרצות מאוד, שמהם משתחררים עשן, אור וחום. בכל מקום בו מתרחש פיצוץ, אתה עומד בפני שינוי כימי.

שריפת עצים

עץ עשוי בעיקרו מתאית ומליגנין, שניהם פולימרים אורגניים. אטומי הפחמן שלו מגיבים בעוצמה עם החמצן באוויר, וגורמים CO ו- CO ₂ , תלוי עד כמה הבעירה השלמה ומידת החמצון.

זהו שינוי כימי מכיוון שהפולימרים בעץ אינם יכולים לחזור למצבם הראשוני, בנוסף לשחרור חום, אור ועשן.

שיזוף

שינוי כימי בא לידי ביטוי בזמני האנשים הנהנים מיום בחוף הים. מקור: Pxhere.

האדמומיות או השיזוף בעורנו, כאשר הוא נמצא תחת שמש אינטנסיבית, מעיד כי חל שינוי בהרכבו עקב תגובת המלנין הכלול בתאיו, המחמצנים ומתפרקים.

מיץ כרוב אדום

מבחנות עם אינדיקטור של כרוב סגול. מקור: Indikator-Blaukraut.JPG: עבודה סופרמרטיבית-חינוכית: Haltopub

החל ממיץ הכרוב הסגול ניתן להגדיר ניסוי שמראה שינויים בצבע כפונקציה של pH. קל לשחזר אותו בכל מעבדה או מטבח.

אם מיץ זה מתווסף למבחנות שונות, הם מסומנים, ונוספים אליהם חומרים שונים, החל מחומצה (חומץ) ועד אלקליין (חומר ניקוי), יהיה מגוון צבעים (תמונה עליונה).

הסיבה לכך היא שמיץ כרוב סגול מכיל אינדיקטורים על בסיס חומצה טבעית, המגיבים לשינויים ב- pH. ככל שהפתרון חומצי יותר, הוא יופיע אדום יותר; ואם להפך, זה בסיסי מאוד, הוא יהפוך לצהוב.

מבשלים ביצה

כאשר ביצה מטוגנת או מבושלת אנו מאפשרים לחום להכחיש את החלבונים שלה, לשבור את קשריה ולהיווצר אחרים תוך איבוד המבנה המקורי שלה.

עור דוהה

צבעי עור יכולים לדעוך בגלל פעולת החמצן באוויר וקרינת UV, מה שגורם לקשרים הכימיים בין הצבעים לחומר האורגני להתפרק.

אפוי

השינוי בצבע שנצפה בלחמים ומתוקים, כמו גם העלייה הניכרת בנפחם לעומת בצק גולמי, מעיד על שינויים כימיים שונים.

ראשית, בגלל העלייה הנגרמת על ידי שמרים ואבקת אפייה; ושנית, על ידי תגובת מילארד, בה חלבונים וסוכרים מגיבים זה עם זה להזהיב את התערובת.

קורוזיה

מתכות מחלידות, כך שהן מאבדות את הברק שלהן, מתכהות ומתחילות להשתחל כאשר שכבות התחמוצת שנוצרו כבר אינן יכולות להידבק או להתקשר עם פנים המתכת. הקורוזיה המייצגת ביותר היא זו של ברזל, בגלל הצבע החום האופייני של תחמוצתו.

מצברים

בתוך סוללות או תאים מתרחשות תגובות כימיות המייצרות חשמל, זרמים חשמליים העוברים במעגל חיצוני ומפעילים את המכשירים שלהם. בעיקרו של דבר, האנודה מאבדת אלקטרונים (חמצון), אלקטרונים אלו מפעילים את המכשיר (שלט רחוק, טלפון, שעון, מצביע וכו ') ואז מגיעים בסופו של דבר לקתודה (צמצום).

דם יתושים

אם יתוש נושך אותנו ואנחנו הורגים אותם מייד או תוך מספר דקות, נבחין שהדם אדום בהיר. בינתיים, אם תעבור פרק זמן של כמה שעות ואנחנו הורגים את אותה יתוש, נראה שהדם כהה, הוא אפילו יציג גוונים חומים.

שינוי צבע זה מעיד על כך שהדם עבר תגובות כימיות בתוך היתוש.

שעון יוד

תגובת שעון היוד היא אחת המייצגות ביותר לשינוי כימי. מקור: דניאל ג'יי לולו

אחד השינויים הכימיים המרשימים ביותר נראה בתגובת שעון היוד המפורסמת. זה נקרא כך מכיוון שניתן לשלוט על מהירותו על ידי שינוי ריכוז המגיבים. התגובה מסתיימת כאשר מופיע צבע כחול כהה מאוד, בניגוד רב לשקיפות הראשונית שנצפתה.

צבע זה (תמונה עליונה) נובע מאינטראקציות בין עמילן למתחם האניוני I ₃ ^- . אחת הגרסאות שלה מתחילה מיודד, IO ₃ ^- וביסולפיט, HSO ₃ ^- :

IO ₃ ^- + 3HSO ₃ ^- → I ^- + 3HSO ₄ ^-

ה- I ^- מגיב עם IO ₃ ^- מהמדיום ליצירת יוד:

IO ₃ ^- + 5I ^- + 6H ⁺ → 3I ₂ + 3H ₂ O

וזה בתורו מגיב עם יותר ביסולפיט:

I ₂ + HSO ₃ ^- + H ₂ O → 2I ^- + HSO ₄ ^- + 2H ⁺

לאחר סיום ה- HSO ₃ ^- התגובה השנייה תשלוט עד שיהיה עודף של I ₂ , שייקשר ל- I ^- ליצירת ה- I ₃ ^- . ולבסוף, ה- I ₃ ^- יתקשר עם מולקולות העמילן המכהות את הפיתרון.

ממרח פילים

ניסוי הדבקת פילים. מקור: Ferbr1 דרך Wikipedia.

שוב, ולבסוף, נקראת תגובה כימית ספציפית אך עם שינויים הנראים לעין מדי מכדי שלא יישאר בחוץ: משחת שיניים של הפיל (תמונה עליונה). בסרטונים מסוימים כמות הקצף היא כזו שאפשר ממש לצחצח את פיו של הפיל.

תגובה זו מבוססת על פירוק קטליטי של מי חמצן, H ₂ O ₂ (מי חמצן), עם יוני יוד, I ^- , ממלחים מסיסים כמו NaI או KI. התגובה הראשונה שמתרחשת היא על פי המשוואה הכימית הבאה:

H ₂ O ₂ + I ^- → H ₂ O + IO ^-

המין IO ^- לאחר מכן מגיב עם H ₂ O ₂ בתגובה שנייה:

IO ^- + H ₂ O ₂ → H ₂ O + O ₂ + I ^-

איפה שהזרז I מתחדש ^- (לא נצרך).

שימו לב שהמוצרים הסופיים הם H ₂ O ו- O ₂ . אם מוסיפים דטרגנט וצבעים צבעיים לתערובת התגובה, המים יחד עם החמצן יקציפו במרץ, אשר יעלו דרך המיכל ויורים כלפי מעלה, כנגד כוח הכבידה.

שרוף נייר

כשנשרפים נייר נוצרים פחמן דו חמצני, אדי מים ואפר. שלושת החומרים הללו שונים מבחינה כימית מהחומר הראשון, ולכן זהו שינוי כימי.

חמצון תפוחים

כאשר תפוח קצוץ ונשאר בשטח פתוח, הוא הופך מצבע שנהב לחום או אוקרי. זה נקרא חמצון.

ריקבון אוכל

כאשר אוכל מתקלקל, מתרחש שינוי כימי. לדוגמא, ביצים רקובות עוברות תהליך פירוק הגורם להן לשנות צבע וריח.

הפקת יוגורט

יוגורט הוא תוצאה של שינוי כימי הכולל חלב וחיידקים מסוימים, כמו Streptococcus thermophilus ו- Lactobacilli bulgaricus.

בקבוק שמפניה פתוח

כשפותחים בקבוק שמפניה או משקה קל, אתה מבחין בבועת. המשמעות של בעבוע זה היא שהחומצה הפחמית במשקה התפרקה, ומשחררת את הפחמן הדו-חמצני.

ייצור יין

יצירת יין מענבים הוא תהליך תסיסה. זוהי דוגמא לתגובה כימית אנאירובית בה סוכר הופך לאתיל אלכוהול ופחמן דו חמצני.

הפניות

1. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
2. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (08 באוקטובר 2019). הגדרת שינוי כימי בכימיה. התאושש מ: thoughtco.com
3. ויקיפדיה. (2019). שינוי כימי. התאושש מ: en.wikipedia.org
4. מנדפ סוהל. (29 בספטמבר 2019). שינוי כימי לעומת שינוי פיזי. כימיה LibreTexts. התאושש מ: chem.libretexts.org
5. נתן קרופורד. (2019). מהו שינוי כימי? - מאפיינים, סוגים ודוגמאות וידאו. לימוד. התאושש מ: study.com
6. HowStuffWorks. (2019). מדוע עיתונים מצהיבים עם הזמן? התאושש מ: science.howstuffworks.com
7. חברים למדע. (14 ביוני 2012). מדעי התפשטות: ביטול קולה דיאטטי עם מנטוס. התאושש מ: scientamerican.com
8. קווימיטוב. (2014). חוויות מעבדה: שעון היוד. התאושש מ: quimitube.com