هل تجمد الماء تغير فيزيائي ام كيميائي ؟

ما هو نوع التغير الذي يحدث في الماء عند تجمده

عندما يتحول الماء من الحالة السائلة(الماء العادي) إلى الحالة الصلبة(الثلج) تظل جزيئات عنصر الماء كما هي ولا يحدث فيها أي تغيير بينما يتغير شكل الماء فقط، وهذا التغيير يعتبر تغير فيزيائي. 

تعريف التغير الفيزيائي 

يحدث التغيير الفيزيائي عندما تتغير مادة أو جسم ما مظهره أو طوره أو عندما يتم استخدامه في خليط، والتغيير الفيزيائي لا يغير التركيب الجزيئي للمادة، ومن الممكن عكس التغيير الفيزيائي لاستعادة المادة الأصلية، حتى لو لم تبدو متشابهة تمامًا لها، وبمعنى آخر، في التغييرات الفيزيائية تبقى الجزيئات قبل التغيير وبعده كما هي دون أي اختلاف. 

أمثلة على التغير الفيزيائي  

يمكن قص قطعة من الورق إلى نصفين، أو تجميد الماء إلى ثلج، أو ثني بعض الفضيات، وكل هذه التغييرات هي تغييرات في الخصائص الفيزيائية للمادة، حيث تؤثر التغييرات الفيزيائية على الخصائص الفيزيائية فقط وليس على تركيب جزيئاتها 

تغييرات المرحلة 

تتضمن تغييرات المرحلة تغييرات في الحجم والحجم والكثافة، وعلى سبيل المثال، عندما تقوم بتحويل الماء إلى جليد أو بخار، فإن هذا يسمى تغير المرحلة وذلك لأن الماء له 3 مراحل: صلب (جليدي)، سائل (ماء)، وغاز (بخار). 

قد يبدو أن بعض جزيئات الماء تُفقد أثناء كل تغيير في المرحلة: يصبح مكعب الثلج أصغر، ويبدو أن البخار يختفي في الهواء، ومع ذلك، في كل مرحلة من هذه المراحل الثلاث، تبقى جزيئات الماء كما هي، وإذا كنت تريد تبريد البخار، فسوف يتحول إلى ماء، وسيكون هناك نفس كمية ذرات الهيدروجين والأكسجين في مكعب الثلج كما كانت في البخار، وستبقى هذه الذرات في نفس الشكل الجزيئي في جميع المراحل. 

يتكون بخار الماء من H20 تمامًا مثل مكعب الثلج، والفرق الوحيد بين البخار والجليد هو أن الجزيئات الفردية قد انتشرت في البخار بسبب تطبيق الحرارة، وفي الوقت نفسه، في الجليد، تتقارب الجزيئات معًا بسبب غياب الحرارة، وعلى الرغم من أن هذه التغييرات في المرحلة تتطلب طرد الطاقة (تفاعلات طاردة للحرارة) أو تطبيقها (تفاعلات ماصة للحرارة)، يظل عدد الذرات وشكل الجزيئات في المادة كما هو هذا ما يجعله تغييرًا فيزيائياً. 

التغييرات في الحجم والشكل 

التغييرات الفيزيائية تدور حول بقاء الجزيئات كما هي، وعندما يخضع شيء لتغير مادي، يمكن أن يصبح حجمًا وشكلًا مختلفًا طالما أن تكوينه يظل كما هو. 

إذا تم اسقاط قطعة من الزجاج على الأرض، فهي سوف تتفكك، وتتحول إلى الكثير من القطع المتناثرة، من الممكن إعادة تجميع تلك القطع معًا (على الرغم من أن الأمر سيستغرق الكثير من الوقت والصبر)، وهذا أيضًا تغير فيزيائي لأن الزجاج يبقى زجاجًا عندما يتحطم، يتغير حجمه وشكله فقط، لكن جزيئاته لا تتغير. 

المخاليط والمحاليل 

عند خلط الرمل بالماء يعتبر هذا تغير فيزيائي مختلف تماماً عن التفاعل الكيميائي، وذلك لأن الرمل والماء لم يفقدا أي شيء من خصائصهما، على الرغم من اختلاطهما معًا، لا يغيران تركيبتهما الجزيئية، الماء يبقى ماء والرمل يبقى رمل، وإذا تم قياس الماء الذي سيتبخر في النهاية بمجرد جفاف الرمل، فستجد أن كمية الماء المتبخر تساوي كمية الماء السائل الذي تمت إضافتة إلى الرمال في الأصل، ويسمى هذا خليطًا لأن كلا المادتين (الرمل والماء) يحتفظان بخصائصهما الفيزيائية. 

ونفس الشيء ينطبق إذا أضفت الملح أو السكر إلى الماء، حيث يذوب الملح والسكر ويشكلان جزيئات جديدة. ولكن إذا تم تبخير الماء، ستجد أن جزيئات الملح أو السكر تترسب في الوعاء.  

تختلف المحاليل عن المخاليط من حيث أنها متجانسة، يكون لقطرة واحدة من الماء المالح نفس عدد جزيئات الملح (NaCl) لكل جزيء ماء (H2O) مثل قطرة أخرى مأخوذة من نفس المحلول، وفي الخليط، قد يكون هناك رمل أكثر من الماء في حفنتين مختلفتين، حتى لو تم أخذهما من نفس الدلو. 

تعريف التغيير الكيميائي 

يحدث التغيير الكيميائي عندما يتم فصل الجزيئات الأصلية عن بعضها وإعادة تجميعها معا في تركيبات جديدة تختلف عن التركيبات الأصلية. وعلاوة على ذلك، لا يمكن استعادة المادة الأصلية، وهذا يعد دليلا على حدوث التغير الكيميائي. وعلى عكس التغيرات الفيزيائية، فإن هذه التغييرات عادة ما تستهلك الكثير من الطاقة، مثل الحرارة والضوء، لأن الروابط الجزيئية تحتاج إلى كسر لإعادة ترتيبها. وقد يتساءل البعض عن كيفية ملاحظة التغير الكيميائي، ويحدث ذلك عند تغيير المادة من حالتها الأصلية إلى مادة أخرى

أمثلة على التغيير الكيميائي  

تتضمن بعض أمثلة التغيير الكيميائي حرق قطعة من الورق أو صدأ الحديد أو خبز كعكة، والطريقة التي تبدأ بها هذه الأشياء ونهايتها مختلفة تمامًا: حيث يتحول لون الحديد اللامع إلى اللون البرتقالي مع الصدأ، ويتحول العجين المبلل إلى حلوى لذيذة، وأحد أسباب هذه التغيرات الكيميائية هي أن التغيير يحدث على المستوى الجزيئي، حيث أن الشيء الذي تبدأ به والشيء الذي تنتهي به هما مادتان مختلفتان تمامًا.   

تؤدي التغييرات الفيزيائية والكيميائية على حد سواء إلى تحول شيء إلى شيء آخر، سواء كان كسر الزجاج أو حرق قطعة من الورق، فإن العنصر الأصلي يصبح شيئًا مختلفًا. 

الاحتراق 

الاحتراق هو تفاعل كيميائي بين المواد بما في ذلك الأكسجين عادةً، الذي ينتج عنه حرارة وضوء، والطاقة المنبعثة من التفاعل (على شكل حرارة وضوء) ناتجة عن كسر الروابط الجزيئية، ونتيجة لذلك، تتحول المواد الأصلية إلى مواد مختلفة تمامًا بسبب إعادة ترتيب الجزيئات. 

إذا قمت بخلط الأكسجين (O2) مع نوع من الهيدروكربون يسمى الميثان (CH4)، فإن الروابط الجزيئية لكلا المادتين تنكسر، مما ينتج عنه الحرارة والضوء، ثم يتم إصلاح الروابط لتكوين جزيئين مختلفين، وهما: ثاني أكسيد الكربون (CO2) والماء (H2O). 

يمكن أن تحدث تفاعلات الاحتراق بمعدلات مختلفة أيضًا، والمثال على التفاعل البطيء هو احتراق أعواد الثقاب، بينما مثال التفاعل السريع هو انفجار الديناميت، وتعتمد كمية الطاقة المنبعثة في أي تفاعل احتراق على مقدار الطاقة اللازمة لكسر الروابط الجزيئية، فكلما كان كسر الروابط أصعب، زادت الطاقة التي يتم إطلاقها بشكل عام، ولكن بغض النظر عما إذا كان التفاعل سريعًا أم بطيئًا، فإن الاحتراق هو تغيير كيميائي. 

التحلل 

عندما يمر تيار كهربائي عبر الماء (H2O)، يمكن تقسيمه إلى هيدروجين وأكسجين أو H2 + O2، ويتم تقسيم الماء إلى عنصرين، والنتيجة هي أن هذا تغيير كيميائي لأن جزيئات البداية والنهاية مختلفة، وهذا التفاعل الكيميائي يحتاج إلى كهرباء ليحدث، وعادة ما تتطلب تفاعلات التحلل تطبيق الحرارة من مصدر خارجي، مما يجعلها تفاعلات ماصة للحرارة. 

ليس كل تفاعلات التحلل يجب أن تنقسم إلى أشكالها الأولية، قد تتحلل المواد الأكثر تعقيدًا ذات السلاسل الجزيئية الأطول إلى مركبات أصغر بدلاً من العناصر، المثال على ذلك عندما يتعرض 2Fe (OH) 3 (المعروف أيضًا باسم أكسيد الحديديك) للحرارة بدلاً من تقسيم جزيئاته الفردية، فإنه يتحول إلى مركبين: Fe2O3 + 3H2O. 

التفاعلات المركبة، والتي تعرف أيضًا باسم التفاعلات التخليقية، هي عكس التفاعلات التحلل، حيث تحدث هذه التفاعلات بإضافة مادتين (المواد المتفاعلة) معًا لإنشاء مادة جديدة واحدة، ونظرًا لأن هذا التفاعل كيميائي، فإن النتيجة هي تغيير جزيئي 

من الأمثلة على ذلك صدأ الحديد، حيث يتحد الحديد (Fe) والأكسجين (O) لتشكيل أكسيد الحديد المركب (Fe2O3) المعروف باسم الصدأ، ويتم إنتاج جزيء جديد تمامًا نتيجة لذلك 

الفرق بين التغيرات الفيزيائية والكيميائية يكمن في أن التغير الفيزيائي لا يؤدي إلى تغيير في مكونات المادة الأصلية، ويمكن استعادة المادة إلى حالتها الأصلية، بينما التغير الكيميائي يؤدي إلى تغيير في مكونات المادة الأصلية وقد ينتج مادة جديدة تماما.