化学変化：特性、例、タイプ - 化学

化学変化を化学反応からの物質または問題で起こる変化です。それらはそれらの効果を逆にするためにエネルギーまたは他の反応を必要とする新しい結合の形成を含むので、それらは不可逆的であることを特徴とします。

たとえば、生命とその生化学は、生物内で起こる無数の反応を明らかにする一定の化学変化で構成されています。その結果、植物や動物の組織の成長、発達、老化が起こります。それは科学的にも熱力学的にもよく知られているように、不可逆的なプロセスです。

秋の間の葉の色の変化は化学変化の一例です。出典：Pexels経由のJake Colvin。

そのため、無脊椎動物から脊椎動物に至る生物では、酵素反応を利用してそれらを分解し、そこから抽出したエネルギーと化学物質を利用するため、無脊椎動物から脊椎動物に至るまで、化学変化が見られます。

化学変化を認識する方法は？

化学変化の例

自然界でそれらを認識する主な特徴の1つは、色の変化が発生したかどうか、または特定の匂いが発生したかどうかを観察することです。したがって、一年の季節には、木々が徐々に葉の色を変え始めていることが評価されます。それらの中で、クロロフィルとその天然色素は化学反応を起こします。

秋の紅葉は、化学変化の非常に明確な例です。これを生命と結びつけることで、タコやカメレオンは、皮膚の細胞が関与する一連の化学反応のおかげで自分自身を偽装します。しかし、葉とは異なり、カモフラージュを「非アクティブ化」する他の反応を通じて、色の変化を反転させることができます。

ただし、空と雲の異なる色は、化学的変化ではなく物理的変化の結果である、ローリー散乱です。一方、衣服の白化や汚れの除去、染料による衣服の汚れは化学変化です。

特徴

色や臭いの変化は、化学変化が起こったことの主な特徴の2つであり、したがって、1つまたは複数の化学反応を伴う現象が起こったと述べられました。

次に、感覚で直接検出できるようにする他の重要な特性について説明します。知覚できる特性が多いほど、物理的変化ではなく化学的変化に直面している可能性が高くなります。

温度変化または光の放出

化学変化には、温度の上昇（発熱反応）または低下（吸熱反応）が伴います。つまり、熱が発生した場合、または逆に冷たい感覚がそれぞれ得られた場合です。また、光の発生と並行して熱の放出が発生する場合もあります。

ガス生成

ガスの発生は、においの変化に直接関係しています。液体媒体でガスが発生すると、化学変化を示すバブリングが観察されます。

これは、空気によって容易に同伴される蒸気圧の高い分子があるか、CO ₂、H ₂ S、CH ₄、O ₂などの小分子が放出されるためです。特定の反応。

沈殿物の形成

反応が液体媒体中で起こり、沈殿物の形成が観察され始めた場合、その色や質感が何であれ、化学変化が起こったと言われています。同様に、2つのガスが混合して灰や塩を形成する場合もあります。

不可逆性

平衡を確立することができる可逆反応があることは事実ですが、これまでに説明されている特性によって生成された変化は不可逆です。彼らはそれらの効果が逆転するために介入するためにあらゆる種類の他の反応またはエネルギーを必要とします。それでも、多くの場合、それは事実上不可能です。

この不可逆性は、組成の変化または物質の劣化で観察されます。たとえば、炎で燃えて灰で終わる木は、その最終的な組成が木の組成とは異なるため、発生した化学変化を何らかの方法で元に戻すことはできません。時間が戻らない限り

タイプ

化学変化自体は分類の対象ではありません。それらは私たちの感覚で認識され、どのような種類の化学反応が起こっているかを推測または調査できます。したがって、そのような変化は無機、有機または生化学反応のグループによるものです。

無機の「変化」といえば、炭素骨格化合物ではなく、すべての遷移金属錯体が関与していると言われています。酸化物、硫化物、水素化物、窒化物、ハロゲンなどの化合物。

一方、有機的および生化学的変化では、炭素化合物が関与しますが、前者は通常、生物の外で発生し（薬物によって実行される反応を除く）、後者は生物内で発生します（酵素に関して）、代謝、生体分子）。

例

論文の黄変

紙の折り目は、時間の経過とともに黄色に変わります。出典：Pixabay経由のmakamuki0。

時間が経つにつれて紙は白さを失い、黄色がかったまたは茶色に変わります。このプロセスは、そのポリマー、特にリグニンの酸化によるものです。これは、セルロースと一緒になって、分子間相互作用を弱めることになる酸素原子を組み込んでいます。

花火

花火は燃焼反応を表しており、推進剤、硝酸カリウム、炭素、硫黄の混合物が燃焼し、その結果、発生する爆発に色を付ける金属塩を電子的に励起します。

キャビティ

虫歯は、微生物が食物中のスクロースを消化するときに生成される酸によって引き起こされる、脱灰のために歯の色の変化を生成します。リン酸カルシウムの鉱物学的マトリックスからなる歯のエナメル質は、酸性度が増加し、空洞の形成が進むにつれて、そのイオンを失います。

藻の成長

湖で成長する藻や微生物の層は、粘着性になることがあります。出典：Michael Meiters（https://www.flickr.com/photos/psychofreakx3/5963134909）

湖の富栄養化は、水の化学的性質の変化の結果として緑色でその表面を覆う藻類の成長を促進します。最終的には水生動物に目に見えて否定的な変化をもたらします。

アルカリセルツァーの溶解

アルカリセルツァーは水に溶解すると泡を放出し始め、その泡立ちを示します。ガスは、NaHCO ₃の溶解によって生成されたCO ₂と、圧縮された錠剤に入ってくるクエン酸およびアセチルサリチル酸によるものです。

肉体的疫病

汗をかいたとき、遅かれ早かれ、腕の下、皮膚、または足にある不快な臭いを感じることは避けられません。これらの悪臭は、微生物によって合成された揮発性有機分子によるものであり、化学変化が起こったことを示しています。

腐敗

生物や食品の有機分解は、一連の複雑な反応を伴う化学変化です。悪臭は、組成だけでなく色の変化を伴います。たとえば、バナナやアボカドなどの果物の腐敗は、これらすべての特徴を示しています。

コーラとミント

コーダとミントの混合物は、ソーダ火山のように噴火します。出典：Michael Murphy

それは形式的には物理的反応ですが、化学結合を壊すことはありませんが、H ₂ CO ₃とCO ₂種の間の平衡の連続的な関与により、コカコーラミントの噴火は、純粋に化学的かもしれません。

ペパーミントは、CO _2の小さな気泡が形成するための核生成サイトを提供します。これは、水分子との相互作用を妨害することにより、溶解したCO _2の一部を吸収します。したがって、溶解したCO ₂は複数の小さな気泡に濃縮され、砂糖や他の化合物によって引き起こされる水の表面張力の増加に対抗します。

その結果、CO _2の泡は、それらを「放出」したくない水を引きずって脱出します。これにより、上の画像に示すように、これらのペパーミント発疹の特徴的な泡が現れます。

爆発

爆発は通常非常に激しい燃焼反応であり、煙、光、熱が放出されます。どこで爆発が起こっても、化学変化に直面しています。

薪焼き

木材は本質的にセルロースとリグニンの両方からなり、どちらも有機ポリマーです。その炭素原子は空気中の酸素と激しく反応し、燃焼の程度と酸素化の程度に応じて、COとCO ₂を引き起こします。

熱、光、煙の放出に加えて、木材内のポリマーが初期状態に戻ることができないため、これは化学変化です。

日焼け

化学変化は、ビーチで一日を楽しむ人々の日焼けに反映されています。出典：Pxhere。

強い太陽の下で皮膚が赤くなる、または日焼けするということは、その細胞に含まれるメラニンが酸化して分解する反応により、その組成に変化があったことを示しています。

赤キャベツジュース

紫キャベツのインジケーター付き試験管。出典：Indikator-Blaukraut.JPG：Supermartlderivative work：Haltopub

紫キャベツのジュースから始めて、pHの関数として色の変化を示す実験を設定できます。実験室やキッチンで簡単に再現できます。

このジュースを別の試験管に追加すると、ラベルが付けられ、酸性（酢）からアルカリ性（洗剤）まで、さまざまな物質が追加され、色の範囲が変わります（上の画像）。

これは、紫キャベツジュースにpHの変化に反応する天然の酸塩基インジケーターが含まれているためです。溶液が酸性になるほど、溶液は赤くなります。逆に非常に基本的な場合は、黄色味を帯びます。

卵を調理する

卵を揚げたり調理したりすると、その熱でタンパク質が変性し、結合が壊れ、他のものが形成され、元の構造は失われます。

革の色あせ

革の色は、空気中の酸素とUV放射の作用により退色する可能性があり、染料と有機材料との間の化学結合を破壊します。

焼きました

パンやスイーツに見られる色の変化、および生の生地と比較したそれらの明らかな体積の増加は、さまざまな化学変化を示しています。

まず、イーストとベーキングパウダーによって引き起こされる上昇のため。次に、メイラード反応によって、タンパク質と糖が互いに反応して、混合物を黄金色にします。

腐食

金属は錆びるので、形成された酸化物層が金属の内部に接着または結合できなくなると、光沢がなくなり、黒ずんで腐食し始めます。酸化物の特徴的な茶色のため、最も代表的な腐食は鉄の腐食です。

バッテリー

バッテリーまたはセル内では、電気を生成する化学反応が発生し、電流が外部回路を流れてデバイスをアクティブにします。本質的に、アノードは電子を失い（酸化）、これらの電子がデバイスを起動し（リモートコントロール、電話、時計、ポインターなど）、最後にカソードに到達します（還元）。

蚊の血

蚊が私たちに刺されてすぐに、または数分以内に殺すと、血が赤くなっていることに気づくでしょう。一方、数時間経過してこの同じ蚊を殺すと、血液が暗くなり、茶色の色調が現れることもあります。

この色の変化は、血液が蚊の中で化学反応を起こしたことを示しています。

ヨウ素時計

ヨウ素時計反応は、化学変化の最も代表的なものの1つです。出典：ダニエル・J・ルル

最も印象的な化学変化の1つは、有名なヨウ素時計反応に見られます。反応物の濃度を変更することで速度を制御できるため、このように呼ばれています。反応は、観察された初期の透明度とは対照的に、非常に濃い青色が強く現れたときに終了します。

このカラー（上の画像）は、デンプンとアニオン性複合体Iとの間の相互作用に起因する₃^-。そのバージョンの一つは、IO、ヨウ素酸塩から始まる₃^-、及び重亜硫酸塩、HSO ₃^-：

IO ₃^- + 3HSO ₃^- →I ^- + 3HSO ₄^-

I ^- IOと反応₃^-媒体からはヨウ素を生成します。

IO ₃^- + 5I ^- + 6H ⁺ →3I ₂ + 3H ₂ O

そして、これはより多くの亜硫酸水素塩と反応します：

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

HSO後₃^-終了したIの過剰があるまで、第二の反応が優勢であろう₂ Iに結合し、^- Iを形成する₃^-。そして最後に、I _3-は澱粉分子^と相互作用して溶液を暗くします。

象のり

象のペースト実験。出典：Wikipedia経由のFerbr1。

再び、そして最後に、特定の化学反応の名前が付けられますが、変更は目に見えすぎて除外することができません：象の練り歯磨き（上の画像）。特定のビデオでは、泡の量は、象の口を文字通りブラッシングできるような量です。

この反応は、過酸化水素、Hの触媒分解に基づいている₂ O ₂（過酸化水素）ヨウ化物イオンとI ^-、例えばのNaIまたはKIのような可溶性塩から。発生する最初の反応は、次の化学式によると：

H ₂ O ₂ + I ^- →H ₂ O + IO ^-

IO ^-種続いて反応するとH ₂ O ₂第二の反応において：

IO ^- + H ₂ O ₂ →H ₂ O + O ₂ + I ^-

触媒Iが再生される場合^-（消費されません）。

最終生成物はH ₂ OとO _2であることに注意してください。洗剤と着色剤が反応混合物に追加される場合、酸素と一緒に水が勢いよく泡立ち、重力に逆らって、容器を通して上昇し、上方に発射します。

紙を焼く

紙を燃やすと、二酸化炭素、水蒸気、灰が発生します。これら3つの物質は最初の物質と化学的に異なるため、化学変化です。

リンゴの酸化

りんごを切り刻んで戸外に置くと、象牙色から茶色や黄土色に変わります。これは酸化と呼ばれます。

腐敗

食品が腐敗すると、化学変化が起こります。たとえば、腐った卵は分解プロセスを経て、色や臭いが変化します。

ヨーグルトの生産

ヨーグルトは、牛乳と、Streptococcus thermophilusやLactobacilli bulgaricusなどの特定の細菌が関与する化学変化の結果です。

シャンパンのボトルを開く

シャンパンのボトルまたはソフトドリンクを開けると、泡に気づきます。この泡立ちは、飲み物の炭酸が分解して二酸化炭素を放出したことを意味します。

ワイン生産

ブドウからワインを作ることは発酵プロセスです。これは、糖がエチルアルコールと二酸化炭素に変換される嫌気性化学反応の例です。

参考文献

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