ما هي تغيرات المادة؟

التغيرات الفيزيائية:

التغيير المادي هو نوع من التغيير يتم فيه تغيير شكل المادة، ولكن مادة واحدة لا تتحول إلى مادة أخرى، حيث قد يتغير حجم أو شكل المادة لكن لا يحدث تفاعل كيميائي، عادة ما تكون التغييرات الجسدية قابلة للعكس، حيث نلاحظ أن ما إذا كانت العملية قابلة للعكس أم لا، فهي ليست حقًا معيارًا لكونها تغييرًا ماديًا، وعلى سبيل المثال يعد تحطيم الحجر أو تقطيع الورق تغييرات فيزيائية لا يمكن التراجع عنها.

إذا قارنا هذا مع التغيير الكيميائي، حيث يتم كسر الروابط الكيميائية أو تشكيلها، بحيث تكون مواد البداية والنهاية مختلفة كيميائيًا، حيث أن معظم التغيرات الكيميائية لا رجعة فيها ومن ناحية أخرى، يمكن عكس ذوبان الماء في الجليد (وتغيرات الطور الأخرى).

ترتبط التغيرات الكيميائية والفيزيائية بالخصائص الكيميائية والفيزيائية، إذ يمكن تمييز التغييرات الفيزيائية بأنها معنية بالطاقة وحالات المادة، إذ لا ينتج التغيير المادي مادة جديدة، وعلى الرغم من أن مواد البداية والنهاية قد تبدو مختلفة تمامًا عن بعضها البعض، إلا أن مواد البداية والنهاية للتغيير المادي هي نفسها، على الرغم من أنها قد تبدو مختلفة.

كما أن التغييرات في الحالة أو المرحلة (الذوبان، التجميد، التبخر، التكثيف، التسامي) هي تغييرات فيزيائية، وتشمل أمثلة التغييرات الجسدية سحق علبة، ذوبان مكعب ثلج وكسر زجاجة.

أمثلة على التغيير الفيزيائي:

تشمل أمثلة التغييرات الجسدية ما يلي: تجعيد ورقة (مثال جيد على التغيير المادي القابل للعكس) وكسر لوح من الزجاج (يبقى التركيب الكيميائي للزجاج كما هو)، أيضا تجميد الماء وتحويله إلى ثلج (لا تتغير الصيغة الكيميائية)، تقطيع الخضار (التقطيع يفصل الجزيئات ولا يغيرها)، كذلك إذابة السكر في الماء (يختلط السكر بالماء، لكن الجزيئات لا تتغير ويمكن استعادتها بغليان الماء) تقسية الصلب (لا يغير دق الفولاذ من تركيبته ولكنه يغير خصائصه بما في ذلك الصلابة والمرونة).

أنواع التغييرات المادية:

ليس من السهل دائمًا التمييز بين التغييرات الكيميائية والفيزيائية، فيما يلي بعض أنواع التغييرات الجسدية التي قد تساعد:

تغييرات الطور:

يمكن أن يؤدي تغيير درجة الحرارة أو الضغط إلى تغيير مرحلة المادة، ومع ذلك فإن تركيبها لم يتغير، في المغناطيسية عند حمل مغناطيسًا حتى الحديد، فسوف تقوم بمغناطيسه مؤقتًا، يعتبر هذا تغيير فيزيائي لأنه ليس دائمًا ولا يحدث تفاعل كيميائي.

المخاليط:

يعتبر خلط المواد معًا حيث لا تذوب إحداها في الأخرى تغييرًا ماديًا، ونلاحظ أن خصائص الخليط قد تختلف عن مكوناته، وعلى سبيل المثال إذا قمنا بخلط الرمل والماء معًا فيمكن تجميع الرمل في شكل، ومع ذلك يمكن فصل مكونات الخليط بالسماح لها بالترسب أو باستخدام منخل.

التبلور:

لا ينتج عن بلورة مادة صلبة جزيء جديد، على الرغم من أن البلورة لها خصائص مختلفة عن المواد الصلبة الأخرى، فلا ينتج عن تحويل الجرافيت إلى الماس تفاعل كيميائي.

السبائك:

خلط اثنين أو أكثر من المعادن هو تغيير فيزيائي لا يمكن عكسه، والسبب في أن صناعة السبائك ليست تغييرًا كيميائيًا هو أن المكونات تحتفظ بهوياتها الأصلية.

المحلول:

في حالة المحلول يكون من الصعب معرفة ما إذا كان قد حدث تفاعل كيميائي أم لا عند خلط المواد معًا، بحيث عادة إذا لم يكن هناك تغيير في اللون أو تغير في درجة الحرارة أو تكوين راسب أو إنتاج غاز، فإن الحل هو تغيير فيزيائي، خلاف ذلك يكون حدث تفاعل كيميائي ويشار إلى تغيير كيميائي.

التغييرات الكيميائية:

التغيير الكيميائي المعروف أيضًا باسم التفاعل الكيميائي، هو عملية يتم فيها تغيير مادة أو أكثر إلى مادة جديدة ومختلفة أو أكثر، بعبارة أخرى التغيير الكيميائي هو تفاعل كيميائي يتضمن إعادة ترتيب الذرات، بينما يمكن عكس التغيير الفيزيائي في كثير من الأحيان، لا يمكن أن يكون التغيير الكيميائي عادةً إلا من خلال المزيد من التفاعلات الكيميائية.

عندما يحدث تغيير كيميائي، يكون هناك أيضًا تغيير في طاقة النظام، إذ يسمى التغيير الكيميائي الذي ينبعث منه حرارة تفاعل طارد للحرارة، أما التفاعل الذي يمتص الحرارة يسمى تفاعل ماص للحرارة.

تحدث التغييرات الكيميائية على المستوى الجزيئي، حيث ينتج عن التغيير الكيميائي مادة جديدة، وهناك طريقة أخرى للتفكير في الأمر هي أن التغيير الكيميائي يصاحب تفاعل كيميائي، إذ تشمل الأمثلة على التغيرات الكيميائية الاحتراق (الاحتراق) وطهي بيضة وصدأ مقلاة حديدية وخلط حمض الهيدروكلوريك وهيدروكسيد الصوديوم لصنع الملح والماء.

التغيير الكيميائي يجعل مادة لم تكن موجودة من قبل، وقد تكون هناك أدلة على حدوث تفاعل كيميائي، مثل الضوء أو الحرارة أو تغير اللون أو إنتاج الغاز أو الرائحة أو الصوت.

أي تفاعل كيميائي هو مثال على تغيير كيميائي، والأمثلة تشمل:الجمع بين صودا الخبز والخل (الذي ينبعث منه غاز ثاني أكسيد الكربون)، وكذلك الجمع بين أي حمض مع أي قاعدة، طبخ بيضة، حرق شمعة، صدأ الحديد، إضافة الحرارة إلى الهيدروجين والأكسجين (ينتج الماء)، هضم الطعام، صب بيروكسيد على الجرح.

يتعرف الكيميائيون على ثلاث فئات من التغيرات الكيميائية: التغيرات الكيميائية غير العضوية والتغيرات الكيميائية العضوية والتغير الكيميائي الحيوي، إذ تعرف التغيرات الكيميائية غير العضوية بأنها تفاعلات كيميائية لا تتضمن بشكل عام عنصر الكربون أمثلة على التغيرات غير العضوية بما في ذلك خلط الأحماض والقواعد، والأكسدة (بما في ذلك الاحتراق)، وتفاعلات الأكسدة والاختزال.

كيفية التعرف على التغيير الكيميائي:

يمكن تحديد التغييرات الكيميائية من خلال تغير درجة الحرارة، حيث نظرًا لوجود تغير في الطاقة في تفاعل كيميائي، غالبًا ما يكون هناك تغير قابل للقياس في درجة الحرارة.

كذلك إنتاج الضوء، إذ قد تنتج بعض التفاعلات الكيميائية الضوء، وتكوين الفقاعات بحيث تنتج بعض التغييرات الكيميائية غازات يمكن رؤيتها على أنها فقاعات في محلول سائل، كذلك تكوين الراسب إذ تنتج بعض التفاعلات الكيميائية جسيمات صلبة قد تظل معلقة في محلول أو تسقط على شكل راسب.

قد يحدث تغير في اللون، إذ يعد تغيير اللون مؤشرًا جيدًا على حدوث تفاعل كيميائي، حيث أن التفاعلات التي تنطوي على معادن انتقالية من المرجح بشكل خاص أن تنتج الألوان، وأيضا تغيير الرائحة، حيث قد يؤدي التفاعل إلى إطلاق مادة كيميائية متطايرة تنتج رائحة مميزة.

عند حدوث تغير لا رجعة فيه، حيث غالبًا ما يكون من الصعب أو المستحيل عكس التغييرات الكيميائية، كذلك التغيير في التركيب ويحدث عند حدوث الاحتراق على سبيل المثال، قد ينتج الرماد، وعندما يتعفن الطعام، يتغير مظهره بشكل واضح.

من المهم أن نعرف أن التغيير الكيميائي قد يحدث دون أن يكون أي من هذه المؤشرات واضحًا للمراقب العادي، على سبيل المثال قد ينتج عن صدأ الحديد حرارة وتغير في اللون، لكن الأمر يستغرق وقتًا طويلاً حتى يصبح التغيير واضحًا، على الرغم من استمرار العملية.