חלוקה כימית: מושגים ודוגמאות - כִּימִיָה - 2025

אנו יכולים להגדיר את החלוקה בכימיה כמאפיין של חומר המאפשר לה להיפרד למנות קטנות יותר. כדי להבין את המושג נוכל לתת דוגמא.

אם ניקח כיכר לחם ונחתוך אותה לשניים שוב ושוב, האם נגיע אי פעם לחסימה בסיסית של חומר שלא ניתן לחלק אותו עוד יותר? שאלה זו נמצאת במוחם של מדענים ופילוסופים במשך אלפי שנים.

מקור ותפיסה של חלוקה כימית

במשך זמן רב נדון האם החומר מורכב מחלקיקים (מה שאנו מכירים כיום כאטומים), אולם הרעיון הכללי היה שהחומר הוא רצף שניתן לחלק אותו.

תפיסה כללית זו הפכה מדענים מבריקים כמו ג'יימס קלרק מקסוול (ממשוואות מקסוול) ולודווינג בולצמן (מהפצת בולצמן) לקורבן הלעג, שהביא את הראשון לשיגעון והאחרון להתאבדות.

במאה החמישית לפני הספירה, הפילוסוף היווני לאקיפוס ותלמידו דמוקריטוס השתמשו במילה אטומים כדי לייעד את פיסת החומר הקטנה ביותר והציעו שהעולם לא יכלול יותר מאשר אטומים בתנועה.

תיאוריה אטומית מוקדמת זו נבדלה מגרסאות מאוחרות יותר בכך שהיא כללה את הרעיון של נפש אנושית המורכבת מסוג אטום מעודן יותר המופץ בכל הגוף.

תיאוריה אטומית נפלה בדעיכה בימי הביניים, אך הוקמה לתחייה בתחילת המהפכה המדעית במאה ה -17.

אייזק ניוטון, למשל, האמין שהחומר מורכב מחלקיקים "מוצקים, מאסיביים, קשים, אטומים וניידים."

החלוקה יכולה להתרחש בשיטות שונות, הנפוצה ביותר היא החלוקה בשיטות פיזיות, למשל קיצוץ תפוח בעזרת סכין.

עם זאת, חלוקה יכולה להתרחש גם בשיטות כימיות בהן החומר יופרד למולקולות או אטומים.

10 דוגמאות לחלוקה כימית

1- ממיסים מלח במים

כאשר מלח, למשל נתרן כלוריד, מומס במים, מתרחשת תופעת התמיסה שבה נשברים הקשרים היוניים של המלח:

NaCl → Na ⁺ + Cl ^-

על ידי המסת גרגר מלח אחד בלבד במים, הוא יופרד למיליארדי יוני נתרן וכלוריד בתמיסה.

איור 1: פירוק מלח במים.

2- חמצון מתכות במדיום חומצי

כל המתכות, למשל מגנזיום או אבץ, מגיבות עם חומצות, למשל חומצה הידרוכלורית מדוללת בכדי לתת בועות מימן ופתרון חסר צבע של כלוריד המתכת.

Mg + HCl → Mg ²⁺ + Cl ^- + H ₂

החומצה מחמצנת את המתכת, ומפרידה בין הקשרים המתכתיים לקבלת יונים בתמיסה (BBC, 2014).

3 - הידרוליזה של אסטרים

הידרוליזה היא שבירת קשר כימי דרך מים. דוגמה להידרוליזה היא הידרוליזה של אסטרים שבהם אלה מחולקים לשתי מולקולות, אלכוהול וחומצה קרבוקסילית.

איור 2: הידרוליזה של מתיל אצטט.

4- תגובות חיסול

תגובת חיסול עושה בדיוק מה שהיא אומרת: היא מסלקת אטומים ממולקולה. זה נעשה כדי ליצור קשר כפול פחמן. ניתן לעשות זאת באמצעות בסיס או חומצה.

זה יכול להתרחש בצעד אחיד אחד (הפשטת הפרוטון ל- Cα המתרחשת במקביל למחשוף של הקשר Cβ-X), או בשני שלבים (מחשוף של קשר ה- Cβ-X מתרחש תחילה ליצירת קרביובציה ביניים, אשר לאחר מכן "נכבה" על ידי הפשטת הפרוטון באלפא-פחמן).

איור 3: תגובות חיסול.

5- תגובה אנזימטית של אלדולאז

בשלב ההכנה של גליקוליזה, מולקולת גלוקוז אחת מפוצלת לשתי מולקולות G3P-glyceraldehyde באמצעות G3P באמצעות 2 ATP.

האנזים האחראי על חתך זה הוא אלדולאז, אשר באמצעות עיבוי הפוך מחלק לשניים את מולקולת הפרוקטוז 1,6-ביספוספט במולקולת G3P ומולקולת פוספט דיהידרוקסי-אצטון, אשר מאוחר יותר איזומרז ליצירת מולקולה אחרת של G3P.

איור 4: תגובת אלדולאז.

6- השפלה של ביומולקולות

לא רק גליקוליזה, אלא כל השפלה של ביומולקולות בתגובות קטבוליזם הן דוגמאות לחלוקה כימית.

הסיבה לכך היא שהם מתחילים ממולקולות גדולות כמו פחמימות, חומצות שומן וחלבונים לייצור מולקולות קטנות יותר כמו אצטיל CoA שנכנס למחזור קרבס לייצור אנרגיה בצורה של ATP.

7- תגובות בעירה

זוהי דוגמא נוספת לחלוקה כימית מכיוון שמולקולות מורכבות כמו פרופאן או בוטאן מגיבות עם חמצן לייצור CO ₂ ומים:

C ₃ H ₈ + 5o ₂ → 3CO ₂ + 4H ₂ O

ניתן לומר שההשפלה של ביומולקולות כתגובת בעירה מכיוון שהתוצרים הסופיים הם CO ₂ ומים, אולם אלה מתרחשים בשלבים רבים עם מתווכים שונים.

8- צנטריפוגה של הדם

הפרדת מרכיבי הדם השונים היא דוגמא לחלוקה. למרות היותו תהליך פיזי, הדוגמה נראית לי מעניינת מכיוון שהרכיבים מופרדים על ידי הבדל בצפיפות על ידי צנטריפוגה.

המרכיבים הצפופים ביותר, הסרום עם כדוריות הדם האדומות, יישארו בתחתית צינור הצנטריפוגה ואילו המרכיבים הפחות צפופים, הפלזמה, יישארו בחלקם העליון.

9- חיץ ביקרבונט

נתרן ביקרבונט, HCO ₃ ^- הוא הדרך העיקרית להובלת CO ₂ בגוף כתוצאה מתגובות השפלה מטבוליות.

תרכובת זו מגיבה עם פרוטון במדיום לייצור חומצה פחמית המחולקת לאחר מכן ל- CO2 ומים:

HCO ₃ ^- + H ⁺ DH ₂ CO ₃ D CO ₂ + H ₂ O

מכיוון שהתגובות הפיכות, זו דרך שיש לאורגניזם דרך הנשימה לשלוט על ה- pH הפיזיולוגי כדי להימנע מתהליכים של אלקלוזיס או אסידוזיס.

10- חלוקת האטום או הביקוע הגרעיני

במקרה שגרעין מסיבי (כמו אורניום -235) יתפרק (ביקוע), הוא יביא לתשואה אנרגטית נטו. הסיבה לכך היא שסכום מסות השברים יהיה פחות ממסה ליבת האורניום.

במקרה שמסת השברים תהיה שווה או גדולה יותר מזו של ברזל בשיא עקומת האנרגיה המחייבת, חלקיקי הגרעין יהיו קשורים יותר מקרב גרעין האורניום וירידה זו במסה מתרחשת ב צורת אנרגיה לפי המשוואה של איינשטיין.

איור 5: ביקוע של אורניום 235.

עבור אלמנטים קלים מברזל, היתוך יפיק אנרגיה. מושג זה הוביל ליצירת הפצצה האטומית וכוח גרעיני.

הפניות

1. תוכנת AJ ומולטימדיה. (2015). ביקוע גרעיני: יסודות. התאושש מ- atomicarchive.com.
2. (2014). תגובות של חומצות. התאושש מ- bbc.co.uk.
3. קלארק, ג '(2016, ינואר). אסתרים מהפנטים. התאושש מ- chemguide.co.uk.
4. פיסט, ל. (SF). תגובות חיסול בכימיה אורגנית. התאושש מ- study.com.
5. מילר, וושינגטון (1867). אלמנטים של כימיה: תיאורטית ומעשית, חלק 1. ניו יורק: ג'ון וויילי ובנו.
6. ביקוע גרעיני. (SF). התאושש מהיפר-פיזיקה.
7. פראט, ד (1997, נובמבר). החלוקה האינסופית של חומר. התאושש מ- davidpratt.info.
8. סודרברג, ט (2016, 31 במאי). חיסול באמצעות מנגנוני E1 ו- E2. התאושש מ- chem.libretext.