化学变化

---

引言

化学变化是形成新的物质形态的过程。小苏打和醋的混合实验，可以明显观察到化学反应的变化和特征。

这个实验也清楚地区分了物质的物理变化和化学变化。通过观察物质中的化学变化来理解物质的性质。从食物消化到烟花爆炸，再到肥皂去除污垢，日常生活中进行的各种活动中都可以观察到化学变化。化学变化是一种化学反应的形式，导致原子排列发生改变。

什么是化学变化？

化学变化也可以称为化学反应，这是一个或多种物质转变为不同新物质的过程。化学变化也被定义为物质原子重新排列的过程。在物质中，当物质吸收或失去能量时会发生变化，这种现象被认为是物质状态的变化 (Ji *et al.* 2021)。

物质吸收能量时，分子和原子运动加快，从而提高动能。动能推动粒子远离，从而改变其形态。这种能量被确定为热能，通过热能发生化学变化。

在物质状态中，物理变化通常是可逆的，但化学变化并非如此。在化学变化发生过程中，系统的能量会发生变化。在化学变化过程中，当释放热能时，它被称为放热反应。另一方面，当反应过程中吸收热能时，它被称为吸热反应。下面列出了突出化学变化现象的主要要点。

• 在化学变化中，原子的种类和数量将始终保持不变，但它们的排列会发生改变 (Schwaller *et al.* 2019)。

• 当一种物质通过化学反应转化为另一种物质或其他新产物时，就会发生化学变化。

• 有些化学变化是不可逆的，例如铁生锈、烹饪、混合、加热和烘焙。

化学变化：类型

日常生活中存在三种主要的化学反应类型，如下所示。

无机化学变化：不涉及任何碳元素的反应被称为无机化学反应。例如：混合碱和酸、氧化还原反应和氧化 (Toscano *et al.* 2020)。

生物化学变化：包括有机化学变化的反应发生在生物体中。这种反应可以由激素和酶控制。例如：克雷布斯循环、光合作用、发酵、消化和固氮作用。

有机化学变化：包括有机化合物（如氢和碳）的反应被称为有机化学反应。例如：原油裂解、卤化、聚合和甲基化。

化学变化：示例

可以通过以下示例观察化学变化。

• 蜡烛燃烧：这被认为是化学变化，因为在蜡烛燃烧过程中会释放光、热、水蒸气和${CO_2}$。这种变化是不可逆的，因为初始物质永远无法恢复，并且可以观察到能量的损失和获得。

图片即将推出

图1：铁生锈

• 铁生锈：这是一个氧化反应，因为铁在${H_2O}$存在下与空气中的${O_2}$结合生成${Fe_2O_3}$，即水合氧化铁 (III)，称为铁锈。化学变化后形成的新产物可以用以下公式表示：

$${4Fe+3O_2+6H_2O\rightarrow 4Fe[OH]_3}$$

图片即将推出

图2：醋和小苏打：化学反应

• 醋和小苏打实验：当醋${(CH_3COOH)}$与小苏打${(NaHCO_3)}$混合时，会形成新的产物。混合物会产生${CO_2}$气泡。如果使用足够的醋，小苏打会与醋反应并消失 (Primaryconnections, 2022)。从这种现象可以看出，小苏打和醋反应生成水${(H_2O)}$、二氧化碳${(CO_2)}$和乙酸钠${(Na\:CH_3COO)}$。

结论

一旦完成就永远无法逆转的反应称为化学反应。这种反应包括一个或多个物质的原子重新排列。这些物质的化学成分或性质发生的变化被称为化学反应。因此，它导致形成新的产物或具有不同质地和颜色的产物。将一种物质与另一种物质结合的过程包括分解过程以产生新产物，这可以被称为化学反应。化学变化总是伴随着能量和质量，在这个过程中，物质会失去或获得质量。

常见问题

Q1. 化学反应过程中能量和质量发生变化时会发生什么？

在化学变化中，物质伴随着能量和质量，它们会增加或减少质量。由于反应物中键的断裂和产物中新键的形成，物质也会获得或失去能量。

Q2. 如何确定化学反应？

反应物和新产物中存在几种化学变化的特征。可以通过温度变化、气体逸出、新物质的形成、颜色和质地的变化、沉淀物的形成以及物质状态的变化来确定化学反应。

Q3. 化学反应是什么意思？

化学反应通常被定义为化学分解或合成，其中一种物质与另一种物质反应形成一种或多种新物质。例如，在蜡烛燃烧、铁生锈、煤或燃料燃烧等过程中可以看到化学变化。

Q4. 化学反应的主要类型是什么？

在化学变化中，原子的种类和数量保持不变，但它们会重新排列。根据这种现象，存在三种主要的化学变化类型：无机、生物化学和有机化学变化。

参考文献

期刊

Ji, W., & Deng, S. (2021). Autonomous discovery of unknown reaction pathways from data by chemical reaction neural network. The Journal of Physical Chemistry A, 125(4), 1082-1092. Retrieved from: https://arxiv.org/pdf/2002.09062

Schwaller, P., Laino, T., Gaudin, T., Bolgar, P., Hunter, C. A., Bekas, C., & Lee, A. A. (2019). Molecular transformer: a model for uncertainty-calibrated chemical reaction prediction. ACS central science, 5(9), 1572-1583. Retrieved from: https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acscentsci.9b00576

Toscano, J., Lewandowski, H. J., & Heazlewood, B. R. (2020). Cold and controlled chemical reaction dynamics. Physical Chemistry Chemical Physics, 22(17), 9180-9194. Retrieved from: https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2020/cp/d0cp00931h

网站

Primary connections (2022). About Baking soda and vinegar experiment. Retrieved from: https://www.primaryconnections.org.au [检索日期：2022年6月27日]