CAMBIAMENTI CHIMICI: CARATTERISTICHE, ESEMPI, TIPI - CHIMICA - 2024

I cambiamenti chimici sono i cambiamenti che si verificano nelle sostanze o nella materia dalle reazioni chimiche. Si caratterizzano per essere irreversibili, poiché comportano la formazione di nuovi legami che richiedono energia o altre reazioni per invertire i loro effetti.

La vita e la sua biochimica, ad esempio, sono costituite da costanti cambiamenti chimici che rivelano una miriade di reazioni che avvengono all'interno degli esseri viventi. Il risultato è la crescita, lo sviluppo e l'invecchiamento dei tessuti vegetali e animali; che come è noto, scientificamente e termodinamicamente, è un processo irreversibile.

Il cambiamento di colore delle foglie durante la caduta è un esempio di cambiamento chimico. Fonte: Jake Colvin tramite Pexels.

Ecco perché nelle creature viventi, dagli invertebrati ai vertebrati, troviamo cambiamenti chimici anche durante il consumo del loro cibo, poiché usano reazioni enzimatiche per degradarli e sfruttare l'energia e il materiale chimico che estraggono da loro.

Come riconoscere i cambiamenti chimici?

Esempio di cambiamento chimico

Una delle caratteristiche principali per riconoscerli in natura è osservare se si verifica un cambiamento di colore o se si produce un odore particolare. Così, nelle stagioni dell'anno si apprezza come gli alberi inizino gradualmente a cambiare il colore delle loro foglie; in essi la clorofilla ei suoi pigmenti naturali subiscono reazioni chimiche.

L'arrossamento delle foglie in autunno è un chiaro esempio di cambiamento chimico. Collegando questo alla vita, polpi e camaleonti si mimetizzano grazie a una serie di reazioni chimiche che coinvolgono le cellule della loro pelle; ma a differenza delle foglie, possono invertire i cambiamenti di colore attraverso altre reazioni che "disattivano" il camuffamento.

Tuttavia, i diversi colori del cielo e delle nuvole non sono il prodotto di cambiamenti chimici ma fisici: lo scattering di Raleigh. Nel frattempo, lo sbiancamento dei vestiti e la rimozione delle loro macchie, così come la colorazione dei vestiti con i coloranti, sono cambiamenti chimici.

caratteristiche

È stato detto che il cambiamento di colore e odore sono due delle caratteristiche principali che si è verificato un cambiamento chimico e che, quindi, si è verificato un fenomeno che coinvolge una o più reazioni chimiche.

Successivamente verranno affrontate altre importanti caratteristiche che ci consentono di rilevarlo direttamente con i nostri sensi. Più caratteristiche si possono percepire, più è probabile che ci troviamo di fronte a un cambiamento chimico e non fisico.

Cambiamento di temperatura o rilascio di luce

Un cambiamento chimico è accompagnato da un aumento (reazione esotermica) o da una diminuzione (reazione endotermica) della temperatura; cioè se si produce calore o, al contrario, si ottiene rispettivamente la sensazione di freddo. Inoltre, a volte il rilascio di calore avviene parallelamente alla comparsa della luce.

Formazione di gas

La formazione di gas è direttamente correlata ai cambiamenti negli odori. Se il gas si forma in un mezzo liquido, si osserverà una formazione di bolle, indicativa di un cambiamento chimico.

Questo perché ci sono molecole con alte pressioni di vapore che sono facilmente trascinate dall'aria, oa causa del rilascio di piccole molecole, come CO ₂ , H ₂ S, CH ₄ , O ₂ , ecc., Che sono prodotti finali di certe reazioni.

Formazione di precipitato

Se le reazioni avvengono in un mezzo liquido e si inizia a osservare la formazione di un precipitato, qualunque sia il suo colore o la sua consistenza, si dice che si sia verificato un cambiamento chimico. Allo stesso modo, potrebbe essere il caso in cui due gas si mescolano e formano ceneri o sali.

Irreversibilità

Sebbene sia vero che esistono reazioni reversibili capaci di stabilire un equilibrio, i cambiamenti generati con le caratteristiche fin qui descritte sono irreversibili; Hanno bisogno di altre reazioni o energia di qualsiasi tipo per intervenire affinché i loro effetti vengano invertiti. Eppure, in molti casi è praticamente impossibile.

Questa irreversibilità si osserva in un cambiamento della composizione o nel deterioramento della materia. Ad esempio, un albero che brucia in fiamme e finisce in cenere, la cui composizione finale è diversa da quella dell'albero, non sarà in grado di invertire in alcun modo il cambiamento chimico avvenuto; A meno che non si possa tornare indietro nel tempo

tipi

I cambiamenti chimici stessi non sono soggetti ad alcuna classificazione: sono percepiti con i nostri sensi e si può dedurre o esaminare quali tipi di reazioni chimiche stanno avvenendo. Pertanto, tali cambiamenti sono dovuti a un gruppo di reazioni inorganiche, organiche o biochimiche.

Quando si parla di "cambiamenti" inorganici, si dice che non è coinvolto alcun composto scheletrico di carbonio, ma piuttosto tutti i complessi di metalli di transizione; ossidi, solfuri, idruri, nitruri, alogeni, tra gli altri composti.

Nel frattempo, i composti di anidride carbonica partecipano ai cambiamenti organici e biochimici, con la differenza che i primi si verificano solitamente all'esterno degli organismi (ad eccezione delle reazioni svolte dai farmaci), e i secondi al loro interno (per quanto riguarda gli enzimi). , metabolismo, biomolecole).

Esempi

Ingiallimento delle carte

Le pieghe della carta ingialliscono nel tempo. Fonte: makamuki0 tramite Pixabay.

Le carte con il tempo perdono il loro candore per diventare giallastre o marroni. Questo processo è dovuto all'ossidazione dei suoi polimeri, in particolare la lignina, che insieme alla cellulosa inglobano atomi di ossigeno che finiscono per indebolire le loro interazioni intermolecolari.

Fuochi d'artificio

I fuochi d'artificio rappresentano una reazione di combustione, in cui una miscela di propellenti, nitrato di potassio, carbonio e zolfo brucia mentre eccita elettronicamente i sali metallici che impregnano di colori le esplosioni risultanti.

cavità

La carie causa un cambiamento di colore nei denti a causa della loro demineralizzazione, causata dagli acidi generati quando i microrganismi digeriscono il saccarosio negli alimenti. Lo smalto dentale, che consiste in una matrice mineralogica di fosfati di calcio, perde i suoi ioni con l'aumentare dell'acidità e il progredire della formazione di carie.

Crescita di alghe

Lo strato di alghe e microrganismi che cresce nei laghi a volte è tale da poter diventare appiccicoso. Fonte: Michael Meiters (https://www.flickr.com/photos/psychofreakx3/5963134909)

L'eutrofizzazione dei laghi favorisce la crescita delle alghe, che ricoprono la loro superficie di verde a seguito di un mutamento delle proprietà chimiche dell'acqua; cambiamento che finisce per essere visibile e negativo per la fauna acquatica.

Dissoluzione dell'Alka-Seltzer

Gli Alka-Seltzer quando sciolti in acqua iniziano a rilasciare bolle che dimostrano la loro effervescenza. I gas sono dovuti alla CO ₂ generata dalla dissoluzione di NaHCO ₃ , insieme agli acidi citrico e acetilsalicilico contenuti nella compressa compattata.

Pestilenze fisiche

Quando si suda è inevitabile, prima o poi, percepire odori sgradevoli localizzati sotto le ascelle, sulla pelle o sui piedi. Questi cattivi odori sono dovuti a molecole organiche volatili sintetizzate da microrganismi e indicano che si è verificato un cambiamento chimico.

Putrefazione

La decomposizione organica degli esseri viventi o del cibo sono cambiamenti chimici che comportano una serie di reazioni complesse. I cattivi odori sono accompagnati da un cambiamento nella composizione, oltre che nel colore. Ad esempio, il marciume di frutti come banane e avocado mostra tutte queste caratteristiche.

Coca Cola e menta

Una miscela di coca cola e menta esplode come un vulcano di soda. Fonte: Michael Murphy

Sebbene sia formalmente una reazione fisica, senza rompere legami chimici ma con la partecipazione consecutiva di un equilibrio tra le specie H ₂ CO ₃ e CO ₂ , l'eruzione di coca-cola-menta può essere presa come riferimento per rilevare altre esplosioni che lo fanno può essere puramente chimico.

La menta piperita fornisce siti di nucleazione per la formazione di minuscole bolle di CO ₂ , che assorbono parte della CO ₂ disciolta interferendo con le sue interazioni con le molecole d'acqua. Pertanto, la CO ₂ disciolta si concentra in più piccole bolle, che si oppongono alla crescente tensione superficiale dell'acqua causata dallo zucchero e da altri composti.

Il risultato è che le bolle di CO ₂ fuoriescono trascinando l'acqua che non vuole "rilasciarle". Ciò fa apparire la caratteristica schiuma di queste eruzioni di menta piperita, come si vede nell'immagine sopra.

esplosioni

Le esplosioni sono solitamente reazioni di combustione molto vigorose, dalle quali vengono rilasciati fumo, luce e calore. Ovunque si verifichi un'esplosione, stai affrontando un cambiamento chimico.

Legno che brucia

Il legno è essenzialmente costituito da cellulosa e lignina, entrambi polimeri organici. I suoi atomi di carbonio reagiscono vigorosamente con l'ossigeno nell'aria, provocando CO e CO ₂ , a seconda di quanto è completa la combustione e del grado di ossigenazione.

Questo è un cambiamento chimico perché i polimeri nel legno non possono tornare al loro stato iniziale, oltre al rilascio di calore, luce e fumo.

abbronzandosi

Un cambiamento chimico si riflette nell'abbronzatura di chi si gode una giornata al mare. Fonte: Pxhere.

Il rossore o l'abbronzatura della nostra pelle, sotto il sole intenso, indica che c'è stato un cambiamento nella sua composizione a causa della reazione della melanina contenuta nelle sue cellule, che si ossidano e si decompongono.

Succo di cavolo rosso

Provette con indicatore di cavolo viola. Fonte: Indikator-Blaukraut.JPG: Supermartlderivative work: Haltopub

Partendo dal succo di cavolo viola, è possibile impostare un esperimento per mostrare i cambiamenti di colore in funzione del pH. È facile da riprodurre in qualsiasi laboratorio o cucina.

Se questo succo viene aggiunto a diverse provette, vengono etichettate e vengono aggiunte diverse sostanze, da acido (aceto) a alcalino (detergente), ci sarà una gamma di colori (immagine in alto).

Questo perché il succo di cavolo viola contiene indicatori acido-base naturali, che rispondono ai cambiamenti del pH. Più la soluzione è acida, più apparirà rossa; e se al contrario è molto semplice, diventerà giallastra.

Cuoci un uovo

Quando un uovo viene fritto o cotto lasciamo che il calore denaturi le sue proteine, rompendone i legami e formandone altre perdendo la sua struttura originaria.

Scolorimento della pelle

I colori della pelle possono sbiadire a causa dell'azione dell'ossigeno nell'aria e dei raggi UV, che provocano la rottura dei legami chimici tra i coloranti e il materiale organico.

Al forno

Il cambiamento di colore osservato nel pane e nei dolci, nonché il loro evidente aumento di volume rispetto all'impasto crudo, è indicativo di vari cambiamenti chimici.

Primo, a causa della lievitazione provocata dal lievito e dal lievito; e secondo, dalla reazione di Maillard, dove proteine ​​e zuccheri reagiscono tra loro per rendere dorata la miscela.

Corrosione

I metalli si arrugginiscono, quindi perdono la loro lucentezza, si scuriscono e iniziano a corrodersi quando gli strati di ossido formati non possono più aderire o legarsi con l'interno del metallo. La corrosione più rappresentativa è quella del ferro, per il caratteristico colore bruno del suo ossido.

Batterie

All'interno delle batterie o delle celle avvengono reazioni chimiche che generano elettricità, correnti elettriche che attraversano un circuito esterno e attivano i loro dispositivi. In sostanza l'anodo perde elettroni (ossidazione), questi elettroni attivano il dispositivo (telecomando, telefono, orologio, puntatore, ecc.), Per poi finire al catodo (riduzione).

Sangue di zanzara

Se una zanzara ci morde e li uccidiamo istantaneamente o entro pochi minuti, noteremo che il sangue è rosso chiaro. Nel frattempo, se passa un periodo di qualche ora e uccidiamo questa stessa zanzara, vedremo che il sangue è scuro, presenterà addirittura dei toni marroni.

Questo cambiamento di colore è indicativo che il sangue ha subito reazioni chimiche all'interno della zanzara.

Orologio di iodio

La reazione dell'orologio dello iodio è una delle più rappresentative di un cambiamento chimico. Fonte: Daniel J. Lulu

Uno dei cambiamenti chimici più impressionanti si vede nella famosa reazione dell'orologio allo iodio. È così chiamato perché la sua velocità può essere controllata modificando la concentrazione dei reagenti. La reazione termina quando appare un colore blu intenso, molto scuro, in forte contrasto con la trasparenza iniziale osservata.

Questo colore (immagine in alto) è dovuto alle interazioni tra l'amido e il complesso anionico I ₃ ^- . Una delle sue versioni parte da iodato, IO ₃ ^- e bisolfito, HSO ₃ ^- :

IO ₃ ^- + 3HSO ₃ ^- → I ^- + 3HSO ₄ ^-

L'I ^- reagisce con l'IO ₃ ^- dal mezzo per generare iodio:

IO ₃ ^- + 5I ^- + 6H ⁺ → 3I ₂ + 3H ₂ O

E questo a sua volta reagisce con più bisolfito:

Io ₂ + HSO ₃ ^- + H ₂ O → 2I ^- + HSO ₄ ^- + 2H ⁺

Una volta che l'HSO ₃ ^- è terminato , la seconda reazione predominerà fino a quando non ci sarà un eccesso di I ₂ , che si legherà a I ^- per formare l'I ₃ ^- . E infine, l'I ₃ ^- interagirà con le molecole di amido oscurando la soluzione.

Pasta di elefante

Esperimento di pasta di elefante. Fonte: Ferbr1 tramite Wikipedia.

Ancora una volta, e infine, viene nominata una reazione chimica specifica ma con modifiche che sono troppo visibili per essere tralasciate: dentifricio per elefanti (immagine in alto). In alcuni video, la quantità di schiuma è tale che potresti letteralmente spazzolare la bocca di un elefante.

Questa reazione si basa sulla decomposizione catalitica del perossido di idrogeno, H ₂ O ₂ (perossido di idrogeno), con ioni ioduro, I ^- , da sali solubili come NaI o KI. La prima reazione che si verifica è, secondo la seguente equazione chimica:

H ₂ O ₂ + I ^- → H ₂ O + IO ^-

IO ^- specie successivamente reagisce con H ₂ O ₂ in una seconda reazione:

IO ^- + H ₂ O ₂ → H ₂ O + O ₂ + I ^-

Dove il catalizzatore I viene rigenerato ^- (non consumato).

Nota che i prodotti finali sono H ₂ O e O ₂ . Se si aggiungono detersivo e coloranti alla miscela di reazione, l'acqua insieme all'ossigeno schiumerà vigorosamente, che salirà attraverso il contenitore e schizzerà verso l'alto, contro gravità.

Brucia la carta

Quando la carta viene bruciata, vengono prodotti anidride carbonica, vapore acqueo e cenere. Queste tre sostanze sono chimicamente diverse dalla prima sostanza, quindi è un cambiamento chimico.

Ossidazione della mela

Quando una mela viene tagliata e lasciata all'aperto, da colore avorio diventa marrone o ocra. Questa si chiama ossidazione.

Marciume alimentare

Quando il cibo si deteriora, si verifica un cambiamento chimico. Ad esempio, le uova marce subiscono un processo di decomposizione che le fa cambiare colore e odore.

Produzione di yogurt

Lo yogurt è il risultato di un cambiamento chimico che coinvolge il latte e alcuni batteri, come Streptococcus thermophilus e Lactobacilli bulgaricus.

Bottiglia aperta di champagne

Quando apri una bottiglia di champagne o una bibita, noti delle bolle. Questo gorgogliamento significa che l'acido carbonico nella bevanda si è scomposto, rilasciando l'anidride carbonica.

Produzione di vino

La creazione del vino dall'uva è un processo di fermentazione. Questo è un esempio di una reazione chimica anaerobica in cui lo zucchero viene trasformato in alcol etilico e anidride carbonica.

Riferimenti

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