化学物理变化

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简介

理解物理变化和化学变化的特征，了解两者背后的科学原理非常重要。任何成分的可逆性和不可逆性都与这两种变化相关。在物理变化中，物体的基本成分在形状、大小和颜色上发生变化。化学变化则大不相同，因为它会导致不可避免的不可逆变化，在进行任何化学实验时都会发生。

什么是化学变化？

在化学变化过程中，原子和分子会被分解成碎片并形成新的成分。一种物质会变成另一种物质，这也会导致其性质发生差异（Ayyıldız, Tarhan & Gil, 2022）。物理变化比化学变化更容易。二氧化碳的组成是化学变化的一个重要例子。在经历化学变化后，所有化学性质都会发生改变，这是产生新物质的主要原因。尽管在化学变化发生时，分子不会形成和改变，但它确实发生了，并且其结果是可以观察到的。

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图 1：化学变化

常见的化学变化类型

化学变化以不同的形式存在。置换反应、化合反应、沉淀反应、分解反应和复分解反应是重要的化学变化类型（Joseph et al. 2018）。在化学转化和变化过程中，会发生任何一种化学变化。

化学性质

物体的可燃性、燃烧性、放射性衰变、毒性、化学稳定性和pH值可以被视为化学性质，对化学变化至关重要。

化学变化的迹象

• 形成沉淀
• 产生气味
• 产生气体和液体，形成气泡
• 也会产生声音
• 难以逆转过程
• 温度变化

什么是物理变化？

物理变化是指物体内部的键不受影响且不变的变化。在物理变化过程中不会形成任何键。这一因素表明，物体的组成属性在反应结束前保持不变。因此，物体的个别性质保持不变（Ge et al. 2020）。在物理变化过程中，会涉及分子的运动。一些最重要和最公认的物理变化是物理变形，如拉伸、切割、凹陷、混合物的分离和溶液的制备。

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图 2：冰变成水的物理变化

当冰块融化变成水时，就会发生物理变化。此时，冰块能够流动而不改变其成分。

常见的物理变化类型

• 凝结和云化：在这种类型的物理变化中，发现物质会从气态凝结成液态。

• 液体沸腾：沸腾是将液体变成气体的过程。在一定温度下，当压力等于气体压力时，液体达到一定的温度水平（Cooper et al. 2019）。

• 冻结：这种物理变化仅仅是热量的撤离。

• 冻干：在降低周围压力的同时，在真空中加热冷冻物体。该过程用于保存任何易腐材料。

• 烟雾形成：烟雾是蒸汽的结果。燃烧材料的混合物会导致烟雾的形成。

物理性质

物体的沸点、颜色、形状和大小被认为是重要的物理性质。

化学变化和物理变化的区别

物理变化	化学变化
这是一个可逆的过程。	这是一个不可逆的过程。
变化本质上是暂时的。	所有变化都是永久性的。
只发生物理变化，没有形成新的物质。	形成了全新的物质。
在物理变化中不会产生任何能量（Steiner, 2020）。	在化学变化过程中会产生能量，例如声音和热量。
在没有分子重塑的情况下，物质的组成在物理变化中保持不变。	分子的整个组成在化学变化中发生了改变。
物理变化仅适用于物体的外部形状和颜色。	在化学反应过程中，物体的所有化学成分和性质都会受到影响和改变（Ciampi et al. 2018）。
在物理变化过程中吸收的能量很少。	能量的演变、吸收和热量的蒸发与化学反应相关，化学反应改变了物体的整体成分。

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表 1：化学变化和物理变化的区别

结论

通常会识别出各种与物理和化学属性变化相关的变化。这两种变化之间最主要和最基本的区别在于，物理变化是可逆的，而另一种则不可逆。在逆转化学变化时，获得的物体需要经历另一种不同的化学反应。在有足够的能量的情况下，物理变化很容易逆转。

常见问题

Q1. 化学变化和物理变化的关键区别是什么？

在物理变化过程中，物质的形态和外观发生变化，而物质类型保持不变。在化学变化中，物质类型发生变化。化学变化的结果是可能产生一种具有全新性质的全新物质。

Q2. 化学和物理变化最基本和最普遍观察到的两种迹象是什么？

沉淀物的形成和气体的产生是化学变化的两个最重要的显著迹象。颜色和形状的变化是物理变化的迹象。

Q3. 哪些三种力导致物理变化？

压力、温度和运动是物理变化中使用的三种最基本和最重要的力。例如，氧气与糖的反应会产生重要的化学键，这是一种物理变化。

Q4. 产生新物质与化学变化和物理变化有什么关系？

只有化学变化才会形成新物质。在物理变化中，不会产生和形成任何新物质。

参考文献

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

网站

Ncert (2022). 关于物理和化学变化。检索自：https://ncert.nic.in [检索日期：2022 年 6 月 27 日]