Czym różni się przemiana chemiczna od fizycznej?

Przemiany fizyczne: ta sama substancja, nowy wygląd

W przemianie fizycznej wygląd substancji się zmienia, ale jej cząstki pozostają takie same. Cięcie papieru, zgniatanie puszki, rozciąganie gumki recepturki i tłuczenie szkła to przemiany fizyczne. Kawałki są mniejsze lub mają inny kształt, ale nadal są papierem, metalem, gumą i szkłem.

Zmiany stanu skupienia również są przemianami fizycznymi. Kiedy lód topnieje, staje się ciekłą wodą, a kiedy woda wrze, staje się parą, ale każda cząsteczka nadal jest H₂O; cząsteczki tylko poruszają się szybciej i oddalają się od siebie. Suchy lód, czyli stały dwutlenek węgla, przechodzi bezpośrednio w gaz w temperaturze −78,5 °C. Nazywamy to sublimacją, a gaz nadal jest CO₂.

Rozpuszczanie cukru lub soli w wodzie zwykle uważa się za przemianę fizyczną, ponieważ ciało stałe można odzyskać, pozwalając wodzie odparować.

Przemiany chemiczne: powstaje coś nowego

W przemianie chemicznej wiązania między atomami w substancjach wyjściowych ulegają zerwaniu, a atomy łączą się w nowe układy. Powstaje jedna lub kilka nowych substancji o nowych właściwościach. Same atomy nie ulegają zniszczeniu; zostają jedynie przegrupowane.

Spalanie drewna, rdzewienie żelaza, gotowanie jajka, pieczenie ciasta, kwaśnienie mleka i trawienie pokarmu to przemiany chemiczne. Gdy żelazo rdzewieje, szary metal i gazowy tlen zamieniają się w kruche, czerwonobrązowe ciało stałe: 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃. Gdy gaz ziemny pali się na kuchence, metan i tlen zamieniają się w dwutlenek węgla i wodę: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O.

Oznaki przemiany chemicznej

Nie widać, jak atomy się przegrupowują, ale można szukać wskazówek. Pięć najczęstszych oznak to zmiana barwy, która nie wynika po prostu z mieszania kolorów, powstawanie gazu (pęcherzyki lub musowanie), wytrącanie się ciała stałego po zmieszaniu dwóch cieczy (nazywane osadem), zmiana temperatury oraz wydzielanie światła. Wskazówką może być także nowy zapach.

Zmieszanie sody oczyszczonej z octem pokazuje dwie oznaki naraz: mieszanina musuje, bo powstaje gazowy dwutlenek węgla, a mieszanina robi się nieco chłodniejsza. Równanie to NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂. Paląca się świeca oddaje ciepło i światło, a pokrojone jabłko brązowieje, gdy reaguje z tlenem z powietrza.

Wskazówki bywają mylące

Oznaki to wskazówki, a nie dowód. Wrząca woda tworzy pęcherzyki, ale są to tylko pęcherzyki pary wodnej, więc wrzenie jest przemianą fizyczną. Zmieszanie niebieskiej i żółtej farby daje zieleń, ale farby są tylko wymieszane, a nie zamienione w nową substancję. Żarząca się żarówka wydziela światło i ciepło, a mimo to nie zamienia się w nic nowego.

Aby mieć pewność, zapytaj, czy powstała nowa substancja o innym wzorze chemicznym. Pomocną wskazówką jest też to, czy przemianę łatwo odwrócić: stopiony lód znów zamarza, ale spalona zapałka nie może znów stać się zapałką. Nie każdą przemianę fizyczną da się jednak łatwo cofnąć, bo rozbity talerz pozostaje rozbity.

Porównania obok siebie

Porównywanie par wyraźnie pokazuje różnicę. Topienie masła jest przemianą fizyczną, ale przypalanie tosta jest chemiczną. Gotowanie wody jest fizyczne, ale przepuszczenie prądu przez wodę, by rozłożyć ją na gazowy wodór i tlen, jest chemiczne: 2H₂O → 2H₂ + O₂. Rwanie kartki papieru jest fizyczne, ale podpalenie jej jest chemiczne.

Chemicy mówią też o właściwościach fizycznych i chemicznych. Właściwości fizyczne, takie jak barwa, gęstość i temperatura topnienia, można obserwować bez zmiany substancji. Właściwości chemiczne, takie jak to, czy coś się pali lub reaguje z kwasem, ujawniają się tylko wtedy, gdy zachodzi przemiana chemiczna.