ذوبان السكر في الماء تغير فيزيائي ام كيميائي
هل ذوبان السكر تحول فيزيائي ام كيميائي
تجربة الذوبان تشمل ذوبان السكر في الماء وهي عملية فيزيائية وليست كيميائية، حيث يتم إنتاج محلول للسكر المذاب في الماء دون أي تغيير في خواص أو صفات المواد الجديدة.
ببساطة، يعود الفرق بين التغيرات الفيزيائية والكيميائية إلى تركيب المواد الجديدة المنتجة. إذا لم تتغير المواد الجديدة في خواصها وصفاتها، فأي تغيير يحدث سيكون فيزيائيا فقط، أي أنه سيؤثر على الشكل دون التأثير على التركيب.
التغير الفيزيائي
الفرق بين التفاعل الفيزيائي والكيميائي يكمن في التركيب، إذ يؤدي التفاعل الكيميائي إلى تغيير في تركيب المواد المعنية، بينما في التفاعل الفيزيائي، يحدث اختلاف في المظهر أو الرائحة أو الخصائص البسيطة للعينة من المادة، دون تغيير في التركيب الكيميائي.
رغم أننا نطلق عليها اسم ردود الفعل الفيزيائية، إلا أنه لا يحدث فعليًا أي رد فعل، ولحدوث رد فعل يجب أن يحدث تغيير في التركيب الأولي للمادة المعنية.
يجب علينا الآن الإشارة ببساطة إلى ردود الفعل الفيزيائية كتغيرات جسدية.
تقتصر التغييرات الفيزيائية عادة على التغييرات التي تؤدي إلى اختلاف في الشكل أو الحجم دون تغيير في التركيب، وتشمل بعض التغييرات الشائعة تغيرات في اللون أو الحرارة أو الضغط أو الكثافة
- تغير في اللون.
- تغير في درجة الحرارة.
- تغير في الشكل
- يتم تحديد تغيير الحالة بواسطة عوامل مهمة مثل نقطة الغليان ونقطة الانصهار.
تتضمن الخصائص الفيزيائية العديد من الجوانب الأخرى للمادة، وفيما يلي بعض الخصائص الفيزيائية كمثال لا يشمل الكل:
- البريق.
- إمكانية السحب في سلك رفيع
- الكثافة.
- اللزوجة.
- الذوبان.
- الكتلة.
- الصوت.
يتم وصف أي تغيير في هذه الخصائص الفيزيائية على أنه تغيير فيزيائي.
التغير الكيميائي
تختلف التغييرات الكيميائية بشكل كامل، حيث يحدث التغيير الكيميائي عند تغيير تركيبة المادة، ويحدث تغيير كيميائي عندما يتم كسر الروابط وتشكيل روابط جديدة، ولذلك ليس من السهل ملاحظة التغير الكيميائي لأنه يحدث في تركيبة المادة نفسها، وفيما يلي مؤشرات للتغييرات الكيميائية
- تغير في درجة الحرارة.
- تغيير في اللون.
- رائحة ملحوظة خاصة بعد بدء التفاعل.
- تشكيل راسب.
- تشكيل الفقاعات.
عند خلط مواد متفاعلة مع بعضها البعض ولاحظت تغيراً في درجة الحرارة أو اللون أو غيرها، فقد يحدث تفاعل كيميائي.
قد لا يكون التغيير في اللون دائمًا تغييرًا كيميائيًا، وهذه ليست مؤشرات محددة لحدوث تفاعل كيميائي.
إذا كان على الشخص تغيير لون مادة في سيناريو غير كيميائي، مثل طلاء سيارة، فإن التغيير سيكون فيزيائيًا وليس كيميائيًا، وذلك لأن تكوين السيارة لم يتغير.
معادلة ذوبان السكر في الماء
يعتبر فهم عملية ذوبان السكر في الماء وتحديد ما إذا كان التغيير الذي يحدث هو تغيير فيزيائي أم كيميائي أمرًا صعبًا قليلًا، ولكن إذا نظرت إلى تعريف التغييرات الكيميائية والفيزيائية، ستتمكن من فهم كيفية عمل هذه العملية.
إذابة السكر في الماء تمثل تغييرا في الخصائص الفيزيائية، وتنتج عنها مركبات كيميائية جديدة، مما يشير إلى حدوث تغيير كيميائي.
ليتم تغيير كيميائي في ذوبان السكر في الماء، يجب أن ينتج شيء جديد، ويجب أن يحدث تفاعل كيميائي.
على الرغم من ذلك، ينتج خليط الماء والسكر محلول سكري بسيط يمكن أن يؤثر على شكل المواد، ولكن ليس على تركيبها الكيميائي، وهذا ما يجعلنا نقول إنه تغيير فيزيائي.
إحدى الطرق لتحديد بعض التغييرات الفيزيائية، وليس كلها، هي السؤال عما إذا كانت المواد الأولية أو المواد المتفاعلة لها نفس الهوية الكيميائية مثل المواد النهائية أو المنتجات، وإذا تم تبخير محلول ماء وسكر، فسيترك السكر.
عندما يتم إذابة المركبات التساهمية مثل السكر، يحدث تغيير فيزيائي، حيث تتباعد الجزيئات في المذيب أكثر، ولكنها لا تتغير.
مع ذلك، هناك نزاع حول ما إذا كان حل مركب أيوني مثل الملح يمثل تغييرًا كيميائيًا أو فيزيائيًا بسبب حدوث تفاعل كيميائي يؤدي إلى تفكك الملح إلى أيونات صوديوم وكلوريد في الماء.
تتمتع الأيونات بخصائص مختلفة عن المركب الأصلي، وهذا يدل على وجود تغيير كيميائي، وإذا تبخر الماء، سيتركز الملح.
بصيغة مختلفة، إذا أن حلول السكر في الماء تمثل تغييراً في الحالة الفيزيائية لأن جزيئات السكر تتفرق داخل الماء، ولكن الجزيئات الفردية للسكر لا تتغير.
يبدو أن هذا يتناسب مع التغيير الفيزيائي، ولذلك يوجد حجج صحيحة لكل من الإجابتين.
تجربة ذوبان السكر في الماء
يشير المصطلح العام للذوبان إلى القدرة على الذوبان في السوائل، ومع ذلك، يستخدم الكيميائيون مصطلح “قابلية الذوبان” للإشارة إلى الحد الأقصى لكمية المادة الكيميائية التي يمكن أن تذوب في كمية محددة من المذيب عند درجة حرارة محددة.
ربما تتساءل عن كمية السكر التي يمكن حلهفي فنجان من الماء الساخن؟ بالتأكيد، يختلف حجم ملعقة السكر الصغيرة ولكنها ستذوب بسهولة في السائل.
على الرغم من محاولة إذابة السكر الإضافي الذي يضاف من قبل الشخص بعدة ملاعق صغيرة، إلا أنه سيصل إلى نقطة حيث لن يتم حله بسهولة.
لا يمكن أن يؤدي أي حركة إلى اختفاء السكر واستقرار البلورات في قاع الكوب، وفي هذه المرحلة يُقال إن الكوب مشبع ولا يمكنه إذابة المزيد من السكر.
يُعرف السكر المذاب في فنجان الماء بالمذاب، وعند إضافة هذا المذاب إلى السائل، والذي يُسمَّى المذيب، تَبدأ عملية الذوبان.
في هذه التجربة ببساطة، تتفكك جزيئات السكر وتنتشر بالتساوي في جميع أنحاء جزيئات المذيب، مما يخلق خليطًا متجانسًا يسمى المحلول.
يمكن أن تؤثر بعض المؤثرات على عملية ذوبان السكر في الماء أو أي مذيب آخر، وتشمل هذه المؤثرات:
- درجة الحرارة
تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى زيادة ذوبان السكر في الماء، وبالنسبة لمعظم المواد المذابة، كلما ارتفعت درجة حرارة المذيب، زادت سرعة ذوبانها وزادت قابليتها للذوبان.
سيكون الذوبان الأسرع للسكر في الماء الساخن، بينما سيكون ذوبان السكر في الثلج عملية بطيئة جدًا ومن المحتمل أن يتراكم السكر في قاع الكوب.
تزداد قابلية ذوبان السكر والمركبات الثلاثة الأخرى المذكورة في الجدول مع ارتفاع درجة الحرارة، وتظهر معظم المركبات الصلبة نفس السلوك.
توضح إحدى النظريات لهذه الملاحظة أن جزيئات المذيبات الساخنة، التي تتحرك بسرعة أكبر من الجسيمات الباردة، تنتشر في المتوسط بشكل أفضل.
وبهذا يتم إنتاج فراغات أكبر وزيادة كمية المذيب المتوافق مع المذيب، ومع ذلك، فإن الأساسات تكون أقل قابلية للذوبان في الماء الساخن مقارنة بالماء البارد.
- الترابط الكيميائي
ليست جميع المواد قابلة للذوبان بنفس الدرجة عند درجة حرارة محددة، فعند 41 درجة فهرنهايت، أي 5 درجات مئوية، تكون قابلية ذوبان السكر أكبر بثلاث مرات من ملح الطعام.
حتى الزجاج العادي، الذي يبدو أنه لا يذوب، في الواقع يذوب، ولكن قيم قابليته للذوبان صغيرة جدًا.
تختلف أنواع القوى التي تربط جزيئات السكر مع بعضها البعض عن تلك الموجودة في الزجاج، ويتأثر تفاعل هذه القوى الجاذبة بين الجزيئات والقوى الجاذبة لجزيئات المذيبات بالذوبان المختلف.