化學物理變化
簡介
理解物理變化和化學變化的特徵,瞭解兩者背後的科學原理非常重要。任何成分的可逆性和不可逆性都與這兩種變化相關。在物理變化中,物體的基本成分在形狀、大小和顏色上發生變化。化學變化則大不相同,因為它會導致不可避免的不可逆變化,在進行任何化學實驗時都會發生。
什麼是化學變化?
在化學變化過程中,原子和分子會被分解成碎片並形成新的成分。一種物質會變成另一種物質,這也會導致其性質發生差異(Ayyıldız, Tarhan & Gil, 2022)。物理變化比化學變化更容易。二氧化碳的組成是化學變化的一個重要例子。在經歷化學變化後,所有化學性質都會發生改變,這是產生新物質的主要原因。儘管在化學變化發生時,分子不會形成和改變,但它確實發生了,並且其結果是可以觀察到的。
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圖 1:化學變化
常見的化學變化型別
化學變化以不同的形式存在。置換反應、化合反應、沉澱反應、分解反應和複分解反應是重要的化學變化型別(Joseph et al. 2018)。在化學轉化和變化過程中,會發生任何一種化學變化。
化學性質
物體的可燃性、燃燒性、放射性衰變、毒性、化學穩定性和pH值可以被視為化學性質,對化學變化至關重要。
化學變化的跡象
- 形成沉澱
- 產生氣味
- 產生氣體和液體,形成氣泡
- 也會產生聲音
- 難以逆轉過程
- 溫度變化
什麼是物理變化?
物理變化是指物體內部的鍵不受影響且不變的變化。在物理變化過程中不會形成任何鍵。這一因素表明,物體的組成屬性在反應結束前保持不變。因此,物體的個別性質保持不變(Ge et al. 2020)。在物理變化過程中,會涉及分子的運動。一些最重要和最公認的物理變化是物理變形,如拉伸、切割、凹陷、混合物的分離和溶液的製備。
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圖 2:冰變成水的物理變化
當冰塊融化變成水時,就會發生物理變化。此時,冰塊能夠流動而不改變其成分。
常見的物理變化型別
凝結和雲化:在這種型別的物理變化中,發現物質會從氣態凝結成液態。
液體沸騰:沸騰是將液體變成氣體的過程。在一定溫度下,當壓力等於氣體壓力時,液體達到一定的溫度水平(Cooper et al. 2019)。
凍結:這種物理變化僅僅是熱量的撤離。
凍幹:在降低周圍壓力的同時,在真空中加熱冷凍物體。該過程用於儲存任何易腐材料。
煙霧形成:煙霧是蒸汽的結果。燃燒材料的混合物會導致煙霧的形成。
物理性質
物體的沸點、顏色、形狀和大小被認為是重要的物理性質。
化學變化和物理變化的區別
物理變化 | 化學變化 |
---|---|
這是一個可逆的過程。 | 這是一個不可逆的過程。 |
變化本質上是暫時的。 | 所有變化都是永久性的。 |
只發生物理變化,沒有形成新的物質。 | 形成了全新的物質。 |
在物理變化中不會產生任何能量(Steiner, 2020)。 | 在化學變化過程中會產生能量,例如聲音和熱量。 |
在沒有分子重塑的情況下,物質的組成在物理變化中保持不變。 | 分子的整個組成在化學變化中發生了改變。 |
物理變化僅適用於物體的外部形狀和顏色。 | 在化學反應過程中,物體的所有化學成分和性質都會受到影響和改變(Ciampi et al. 2018)。 |
在物理變化過程中吸收的能量很少。 | 能量的演變、吸收和熱量的蒸發與化學反應相關,化學反應改變了物體的整體成分。 |
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表 1:化學變化和物理變化的區別
結論
通常會識別出各種與物理和化學屬性變化相關的變化。這兩種變化之間最主要和最基本的區別在於,物理變化是可逆的,而另一種則不可逆。在逆轉化學變化時,獲得的物體需要經歷另一種不同的化學反應。在有足夠的能量的情況下,物理變化很容易逆轉。
常見問題
Q1. 化學變化和物理變化的關鍵區別是什麼?
在物理變化過程中,物質的形態和外觀發生變化,而物質型別保持不變。在化學變化中,物質型別發生變化。化學變化的結果是可能產生一種具有全新性質的全新物質。
Q2. 化學和物理變化最基本和最普遍觀察到的兩種跡象是什麼?
沉澱物的形成和氣體的產生是化學變化的兩個最重要的顯著跡象。顏色和形狀的變化是物理變化的跡象。
Q3. 哪些三種力導致物理變化?
壓力、溫度和運動是物理變化中使用的三種最基本和最重要的力。例如,氧氣與糖的反應會產生重要的化學鍵,這是一種物理變化。
Q4. 產生新物質與化學變化和物理變化有什麼關係?
只有化學變化才會形成新物質。在物理變化中,不會產生和形成任何新物質。
參考文獻
期刊
Ayyıldız, Y., Tarhan, L., & Gil, A. (2022). Comparing the effectiveness of the learning material and the learning method in students’ achievement in chemistry lesson on chemical changes. Research in Science & Technological Education, 1-22. Retrieved from: https://www.tandfonline.com
Ciampi, S., Darwish, N., Aitken, H. M., Díez-Pérez, I., & Coote, M. L. (2018). Harnessing electrostatic catalysis in single molecule, electrochemical and chemical systems: a rapidly growing experimental tool box. Chemical Society Reviews, 47(14), 5146-5164. Retrieved from: https://pubs.rsc.org
Cooper, M. M., Stowe, R. L., Crandell, O. M., & Klymkowsky, M. W. (2019). Organic chemistry, life, the universe and everything (OCLUE): A transformed organic chemistry curriculum. Journal of Chemical Education, 96(9), 1858-1872. Retrieved from: https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.jchemed.9b00401
Ge, S., Nemiroski, A., Mirica, K. A., Mace, C. R., Hennek, J. W., Kumar, A. A., & Whitesides, G. M. (2020). Magnetic levitation in chemistry, materials science, and biochemistry. Angewandte Chemie International Edition, 59(41), 17810-17855. Retrieved from: https://onlinelibrary.wiley.com
Joseph, S., Kammann, C. I., Shepherd, J. G., Conte, P., Schmidt, H. P., Hagemann, N., ... & Graber, E. R. (2018). Microstructural and associated chemical changes during the composting of a high temperature biochar: mechanisms for nitrate, phosphate and other nutrient retention and release. Science of the Total Environment, 618, 1210-1223. Retrieved from: https://ro.uow.edu.au
Steiner, A. L. (2020). Role of the terrestrial biosphere in atmospheric chemistry and climate. Accounts of Chemical Research, 53(7), 1260-1268. Retrieved from:https://par.nsf.gov/servlets/purl/10184713
網站
Ncert (2022). 關於物理和化學變化。檢索自:https://ncert.nic.in [檢索日期:2022 年 6 月 27 日]