การเปลี่ยนแปลงทางเคมีและทางกายภาพต่างกันอย่างไร

การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ: สารเดิม ลักษณะใหม่

ในการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ ลักษณะภายนอกของสารเปลี่ยนไป แต่อนุภาคของสารยังคงเดิม การตัดกระดาษ การบีบกระป๋อง การดึงหนังยาง และการทำแก้วแตก ล้วนเป็นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ ชิ้นส่วนมีขนาดเล็กลงหรือมีรูปร่างต่างไป แต่ก็ยังเป็นกระดาษ โลหะ ยาง และแก้วอยู่เหมือนเดิม

การเปลี่ยนสถานะก็เป็นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพเช่นกัน เมื่อน้ำแข็งละลายจะกลายเป็นน้ำ และเมื่อน้ำเดือดจะกลายเป็นไอน้ำ แต่ทุกโมเลกุลยังคงเป็น H₂O โมเลกุลเพียงแต่เคลื่อนที่เร็วขึ้นและอยู่ห่างกันมากขึ้น น้ำแข็งแห้งซึ่งก็คือคาร์บอนไดออกไซด์ที่เป็นของแข็ง จะเปลี่ยนเป็นแก๊สโดยตรงที่ −78.5 °C เรียกว่าการระเหิด และแก๊สที่ได้ก็ยังเป็น CO₂

การละลายน้ำตาลหรือเกลือในน้ำมักถือเป็นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ เพราะเราสามารถได้ของแข็งกลับคืนมาโดยปล่อยให้น้ำระเหยไป

การเปลี่ยนแปลงทางเคมี: เกิดสิ่งใหม่ขึ้น

ในการเปลี่ยนแปลงทางเคมี พันธะระหว่างอะตอมในสารตั้งต้นจะแตกออก และอะตอมจะรวมกันใหม่ในรูปแบบต่าง ๆ ผลที่ได้คือสารใหม่หนึ่งชนิดหรือมากกว่าที่มีสมบัติใหม่ ตัวอะตอมเองไม่ได้ถูกทำลาย เพียงแต่ถูกจัดเรียงใหม่เท่านั้น

การเผาไม้ การเกิดสนิมของเหล็ก การทอดไข่ การอบเค้ก การที่นมเปรี้ยว และการย่อยอาหาร ล้วนเป็นการเปลี่ยนแปลงทางเคมี เมื่อเหล็กเป็นสนิม โลหะสีเทากับแก๊สออกซิเจนจะกลายเป็นของแข็งสีน้ำตาลแดงที่เป็นขุยร่วน: 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃ เมื่อแก๊สธรรมชาติลุกไหม้บนเตา มีเทนและออกซิเจนจะกลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

สัญญาณของการเปลี่ยนแปลงทางเคมี

เรามองไม่เห็นอะตอมจัดเรียงตัวใหม่ แต่สามารถสังเกตเบาะแสได้ สัญญาณที่พบบ่อยที่สุดห้าอย่างคือ สีเปลี่ยนไปโดยไม่ได้มาจากการผสมสีเข้าด้วยกันเฉยๆ มีแก๊สเกิดขึ้น (ฟองหรือเสียงฟู่) มีของแข็งเกิดขึ้นเมื่อผสมของเหลวสองชนิด (เรียกว่าตะกอน) อุณหภูมิเปลี่ยนแปลง และมีแสงเปล่งออกมา กลิ่นใหม่ก็อาจเป็นเบาะแสได้เช่นกัน

การผสมเบกกิ้งโซดากับน้ำส้มสายชูแสดงสัญญาณสองอย่างพร้อมกัน คือ เกิดฟองฟู่เพราะเกิดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ และส่วนผสมเย็นลงเล็กน้อย สมการคือ NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂ เทียนที่กำลังไหม้ปล่อยความร้อนและแสงออกมา และแอปเปิลที่หั่นไว้จะเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลเพราะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศ

เบาะแสอาจชวนให้เข้าใจผิดได้

สัญญาณเหล่านี้เป็นเพียงข้อบ่งชี้ ไม่ใช่หลักฐานยืนยัน น้ำเดือดทำให้เกิดฟอง แต่ฟองเหล่านั้นเป็นเพียงไอน้ำ การเดือดจึงเป็นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ การผสมสีน้ำเงินกับสีเหลืองได้สีเขียว แต่สีเหล่านั้นเพียงถูกผสมกัน ไม่ได้กลายเป็นสารใหม่ หลอดไฟที่เรืองแสงปล่อยทั้งแสงและความร้อน แต่หลอดไฟไม่ได้เปลี่ยนเป็นสิ่งใหม่แต่อย่างใด

เพื่อให้ตัดสินได้แน่นอน ให้ถามว่ามีสารใหม่ที่มีสูตรเคมีต่างออกไปเกิดขึ้นหรือไม่ การที่การเปลี่ยนแปลงย้อนกลับได้ง่ายหรือไม่ก็เป็นข้อบ่งชี้ที่มีประโยชน์เช่นกัน น้ำแข็งที่ละลายแล้วแข็งตัวได้อีก แต่ไม้ขีดไฟที่ไหม้แล้วไม่อาจกลับเป็นไม้ขีดไฟได้อีก อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพบางอย่างก็ย้อนกลับได้ยาก เพราะจานที่แตกแล้วก็ยังคงแตกอยู่

เปรียบเทียบเป็นคู่ ๆ

การเปรียบเทียบเป็นคู่ช่วยให้เห็นความแตกต่างชัดเจน การละลายของเนยเป็นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ แต่การไหม้ของขนมปังปิ้งเป็นการเปลี่ยนแปลงทางเคมี การต้มน้ำเป็นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ แต่การผ่านไฟฟ้าลงในน้ำเพื่อแยกออกเป็นแก๊สไฮโดรเจนและออกซิเจนเป็นการเปลี่ยนแปลงทางเคมี: 2H₂O → 2H₂ + O₂ การฉีกกระดาษหนึ่งแผ่นเป็นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ แต่การจุดไฟเผาเป็นการเปลี่ยนแปลงทางเคมี

นักเคมียังพูดถึงสมบัติทางกายภาพและสมบัติทางเคมีด้วย สมบัติทางกายภาพ เช่น สี ความหนาแน่น และจุดหลอมเหลว สังเกตได้โดยไม่ทำให้สารเปลี่ยนไป ส่วนสมบัติทางเคมี เช่น สารนั้นติดไฟหรือทำปฏิกิริยากับกรดหรือไม่ จะปรากฏให้เห็นก็ต่อเมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเท่านั้น