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The Happy Scientist

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私は、先生が質問するのが大好きです。 しかし、先生から質問されると、先生が生徒にそのテーマを説明できるような答えを(できれば)出さなければならないと思うのです。

物理的変化と化学的変化の概念は、ほとんどの州の小中学校のカリキュラムに含まれており、生徒は変化が物理的なものなのか化学的なものなのかを見分けることができると期待されています。

化学変化の場合は、関係する物質の少なくとも1つが異なる化学式にならなければなりません。 物理的変化では、物質の物理的特性(大きさ、形、色など)が変化しても、化学式は変わりません。


OKそれは簡単なことのように聞こえます。 化学式が変化すれば、化学的な変化があることになります。 例えば、お酢と重曹を混ぜると、泡が出て発泡し、水、二酸化炭素、酢酸ナトリウムになります。

CH3CO2H + NaHCO3 = H2O + CO2 + CH3COONa

最後の化学式が最初の化学式と異なることから、これは化学的な変化であることがわかります。

化学式が変化しない場合は、物理的な変化となります。

化学式が変わらなければ、物理的な変化となります。 砂糖がすべて溶けると、水の分子の中に砂糖の分子が混ざります。

C12H22O11 + H2O = C12H22O11 + H2O

簡単な区別のように聞こえるかもしれませんが、変化の前後の物質の化学式がわからなければ、それがどの種類の変化なのかはわかりません。 色が変わる、温度が変わる、光を放つ、気体の泡ができる、沈殿物(固体粒子)ができるなど、化学変化であることを示す指標はありますが、どれも化学変化の決定的な証拠ではありません。 いずれも物理的な変化によって引き起こされる可能性があります。

色の変化

黄色の食用色素と青色の食用色素を混ぜると緑色になりますが、これは色の変化をもたらす物理的な変化です。

温度の変化:

アルコールを肌に塗ります。 それが蒸発すると、あなたの肌は冷たくなります。 これが物理的な変化(蒸発)で、温度の変化が得られます。 では、熱を作り出すのはどうでしょうか。 筋肉痛用に販売されている繰り返し使えるヒートパックには、酢酸ナトリウムという化学物質の超飽和溶液が入っています。

光を出す:

ネオンライトを点灯します。 ネオンガスはプラズマに変わり、光を放ちますが、ネオンであることに変わりはありませんが、ガスからプラズマに変わります。 これは物理的な変化です。

気体の泡を作る:

鍋に水を入れて加熱します。 沸騰するほど熱くなる前に、泡が出てきます。 その泡は、水に溶けた気体です。 これが、気体の泡を作り出す物理的な変化です。 さらに加熱を続けると、水は沸騰します。 再び、ガスの泡が出てきますが、これも物理的な変化です。

沈殿物の形成:

沈殿物とは、溶液中に形成される固体のことです。 砂糖を水に溶かし、それ以上溶けなくなるまで溶かします。

可逆性:

多くの資料によると、物理的な変化は可逆的ですが、化学的な変化は可逆的ではありません。 物理的変化の一般的な例でそれを試してみましょう。 一枚の紙を粉々に破ります。 化学式は変化していないので、これは物理的な変化です。 今度はその変化を逆にして、バラバラになった紙を元の状態に戻してみましょう。 さあ、今すぐやってみてください。 私は待っています。

さて、もっと難しい例を見てみましょう。 銅と亜鉛を溶かして混ぜ合わせると、黄銅と呼ばれる溶液ができます。 銅と亜鉛は化学的に反応していないので、これは物理的な変化ですが、これを逆にして銅と亜鉛を分離しようとすると、大変なことになります。

一方で、多くの化学変化は簡単に元に戻すことができます。 電流を使って水(H2O)を水素(H2)と酸素(O2)に分解することができます。 数式が変わっているので、これは化学変化です。 一つの小さな火花が混合ガスに点火し、水(H2O)を生成します。 あなたは、この変化を逆にして、最初に作ったのと同じ物質を作ったのです。

リトマス紙などのpHインジケーターを使ったことがある人は、簡単に元に戻せる化学変化の例を見たことがあるでしょう。

リトマス紙などのpHインジケーターを使ったことがある人は、簡単に元に戻せる化学変化の例を見たことがあると思います。

可逆的な化学変化のもう1つの素晴らしい例は、炭素サイクルです。 呼吸と光合成は、可逆的な化学変化の素晴らしい例です。 細胞呼吸は、酸素を二酸化炭素に変えます。 光合成では、二酸化炭素が酸素に変わります。

結局のところ、変化の前と後の物質の化学式がわからなければ、その変化が化学的なものか物理的なものかを確かめることはできないということです。

化学的および物理的変化の教科書的な例をいくつか見てみると、さらに難しくなります。 例えば、

1. ケーキを焼くことは、化学的変化の例ですか、それとも物理的変化の例ですか?

ここで止めて、先に進む前に両方の例についてよく考えてみてください。 いや、本気でそう思っています。 止まれ。 考えてください。 さらに考えてください。

明らかに、答えは「いいえ」です。 いいえ? それはどんな答えなのでしょうか? さて、質問は「ケーキを焼くことは、化学的変化や物理的変化の例なのか」というものでした。 実際、ケーキを焼くことは、いくつかの化学的変化といくつかの物理的変化の例であり、どちらか一方ではありません。 むしろ、両方の種類の変化のいくつかの例なのです。 牛乳、卵、小麦粉に含まれるタンパク質を変性させるのは化学的変化です。 化学的な結合が切れて、新しい結合が作られます。 ベーキングパウダーに含まれる炭酸水素ナトリウムと酒石酸は化学反応を起こして炭酸ガスを発生させ、ケーキを膨らませます。 これも化学変化です。

一方、ケーキを食べてみると、砂糖は化学的に変化していません。 砂糖は(C12H22O11)のままで、味も砂糖のままです。 砂糖は液体の生地に溶けていますが、それは物理的な変化です。 ケーキを水の入ったボウルに入れて潰し、濾して水を蒸発させれば、砂糖が戻ってきます。

生地の水は化学的には変化していません。 かなりの量が蒸発していますが、それは物理的な変化です。 ケーキにスパイスや香料を加えた場合、おそらく化学的には変化しませんでしたが、揮発性の化学物質の一部が溶解し、ケーキの中に拡散しました。 ケーキを焼いたのであれば、味も変わっているはずで、それは化学的な変化です。 バニラエッセンスに含まれるアルコールと水は蒸発し(物理的変化)、バニリンは変化せずにケーキの味に残りました。 考えてみれば、ケーキ作りには、化学的変化と物理的変化の両方の例がいくつも含まれているのです。

2.塩を水に溶かすのは化学的変化か物理的変化か

OK、では2つ目です。 ここでも、よく考えてから進んでください。 では、答えはこちら

例題2は、私が今している会話の一部です。 塩を水に溶かすことは物理的変化の例としてよく使われますが、塩(NaCl)を水(H2O)に溶かすと、水(H2O)にナトリウムイオン(Na+)と塩素イオン(Cl-)が混ざります。 塩化ナトリウムというイオン化合物が、ナトリウムのイオンと塩素のイオンに分離したのだから、これは化学変化だと主張する人もいます。

これは非常に複雑に見えるかもしれませんが、化学を学び始めると、ずっと簡単になります。 化学の勉強では、化学式や方程式に注目します。 化学式を見れば、公式が変わったかどうかがすぐにわかります。 高校の化学が小学校の理科よりもはるかに簡単だとは誰が考えたでしょうか。

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