Lernergebnisse
- Eigenschaften und Veränderungen von Materie als physikalisch oder chemisch identifizieren
- Eigenschaften von Materie als umfangreich oder intensiv identifizieren
Die Eigenschaften, die es uns ermöglichen, eine Substanz von einer anderen zu unterscheiden, werden Eigenschaften genannt. Eine physikalische Eigenschaft ist eine Eigenschaft von Materie, die nicht mit einer Änderung ihrer chemischen Zusammensetzung verbunden ist. Bekannte Beispiele für physikalische Eigenschaften sind Dichte, Farbe, Härte, Schmelz- und Siedepunkte sowie elektrische Leitfähigkeit. Wir können einige physikalische Eigenschaften wie Dichte und Farbe beobachten, ohne den physikalischen Zustand der beobachteten Materie zu verändern. Andere physikalische Eigenschaften, wie die Schmelztemperatur von Eisen oder die Gefriertemperatur von Wasser, können nur beobachtet werden, wenn Materie eine physikalische Veränderung erfährt. Eine physikalische Veränderung ist eine Veränderung des Zustands oder der Eigenschaften von Materie ohne begleitende Veränderung ihrer chemischen Zusammensetzung (die Identität der in der Materie enthaltenen Substanzen). Wir beobachten eine physikalische Veränderung, wenn Wachs schmilzt, wenn sich Zucker im Kaffee auflöst und wenn Dampf zu flüssigem Wasser kondensiert (Abbildung 1). Andere Beispiele für physikalische Veränderungen umfassen das Magnetisieren und Entmagnetisieren von Metallen (wie dies bei herkömmlichen Diebstahlsicherheitsetiketten der Fall ist) und das Mahlen von Feststoffen zu Pulvern (was manchmal zu merklichen Farbveränderungen führen kann). In jedem dieser Beispiele ändert sich der physikalische Zustand, die Form oder die Eigenschaften der Substanz, jedoch nicht ihre chemische Zusammensetzung.
Abbildung 1. (a) Wachs erfährt eine physikalische Veränderung, wenn festes Wachs erhitzt wird und flüssiges Wachs bildet. (b) Dampf, der in einem Kochtopf kondensiert, ist eine physikalische Veränderung, da Wasserdampf in flüssiges Wasser umgewandelt wird. (credit a: Änderung der Arbeit von „95jb14“ / Wikimedia Commons; credit b: modifikation der Arbeit von „mjneuby“/Flickr)
Die Änderung einer Art von Materie in eine andere Art (oder die Unfähigkeit zu ändern) ist eine chemische Eigenschaft. Beispiele für chemische Eigenschaften sind Entflammbarkeit, Toxizität, Säuregehalt, Reaktivität (viele Arten) und Verbrennungswärme. Eisen zum Beispiel verbindet sich mit Sauerstoff in Gegenwart von Wasser zu Rost; Chrom oxidiert nicht (Abbildung 2). Nitroglycerin ist sehr gefährlich, weil es leicht explodiert; Neon stellt fast keine Gefahr dar, weil es sehr unreaktiv ist.
Abbildung 2. (a) Eine der chemischen Eigenschaften von Eisen ist, dass es rostet; (b) eine der chemischen Eigenschaften von Chrom ist, dass es nicht rostet. (credit a: Modifikation der Arbeit von Tony Hisgett; credit b: Modifikation der Arbeit von „Atoma“ / Wikimedia Commons)
Eine chemische Veränderung erzeugt immer eine oder mehrere Arten von Materie, die sich von der vor der Veränderung vorhandenen Materie unterscheiden. Die Bildung von Rost ist eine chemische Veränderung, da Rost eine andere Art von Materie ist als Eisen, Sauerstoff und Wasser, die vor der Rostbildung vorhanden sind. Die Explosion von Nitroglycerin ist eine chemische Veränderung, da die erzeugten Gase sehr unterschiedliche Arten von Materie sind als die ursprüngliche Substanz. Andere Beispiele für chemische Veränderungen sind Reaktionen, die in einem Labor durchgeführt werden (z. B. Kupfer, das mit Salpetersäure reagiert), alle Formen der Verbrennung (Verbrennung) und Lebensmittel, die gekocht, verdaut oder verrottet werden (Abbildung 3).
Abbildung 3. (a) Kupfer und Salpetersäure verändern sich chemisch zu Kupfernitrat und braunem, gasförmigem Stickstoffdioxid. (b) Während der Verbrennung eines Streichholzes werden Zellulose im Streichholz und Sauerstoff aus der Luft chemisch verändert, um Kohlendioxid und Wasserdampf zu bilden. (c) Das Kochen von rotem Fleisch verursacht eine Reihe chemischer Veränderungen, einschließlich der Oxidation von Eisen in Myoglobin, die zu der bekannten rot-braunen Farbänderung führt. (d) Eine Banane, die braun wird, ist eine chemische Veränderung, wenn sich neue, dunklere (und weniger schmackhafte) Substanzen bilden. (kredit b: Änderung der Arbeit von Jeff Turner; Kredit c: Änderung der Arbeit von Gloria Cabada-Leman; Kredit d: modifikation der Arbeit von Roberto Verzo)
Eigenschaften der Materie fallen in eine von zwei Kategorien. Wenn die Eigenschaft von der Menge der vorhandenen Materie abhängt, handelt es sich um eine umfangreiche Eigenschaft. Die Masse und das Volumen einer Substanz sind Beispiele für umfangreiche Eigenschaften; Zum Beispiel hat eine Gallone Milch eine größere Masse und ein größeres Volumen als eine Tasse Milch. Der Wert einer ausgedehnten Eigenschaft ist direkt proportional zur Menge der betreffenden Materie. Wenn die Eigenschaft einer Materieprobe nicht von der Menge der vorhandenen Materie abhängt, handelt es sich um eine intensive Eigenschaft. Die Temperatur ist ein Beispiel für eine intensive Eigenschaft. Wenn die Gallone und die Tasse Milch jeweils bei 20 ° C (Raumtemperatur) sind, wenn sie kombiniert werden, bleibt die Temperatur bei 20 ° C. Betrachten Sie als weiteres Beispiel die unterschiedlichen, aber verwandten Eigenschaften von Wärme und Temperatur. Ein Tropfen heißes Speiseöl, das auf Ihren Arm gespritzt wird, verursacht kurze, leichte Beschwerden, während ein Topf mit heißem Öl schwere Verbrennungen verursacht. Sowohl der Tropfen als auch der Topf mit Öl haben die gleiche Temperatur (eine intensive Eigenschaft), aber der Topf enthält eindeutig viel mehr Wärme (umfangreiche Eigenschaft).
Gefahrensymbol
Möglicherweise haben Sie das Symbol in Abbildung 4 auf Chemikalienbehältern in einem Labor oder am Arbeitsplatz gesehen. Dieser chemische Gefahrendiamant, der manchmal als „Feuerdiamant“ oder „Gefahrendiamant“ bezeichnet wird, liefert wertvolle Informationen, die kurz die verschiedenen Gefahren zusammenfassen, die bei der Arbeit mit einem bestimmten Stoff zu beachten sind.
Abbildung 4. Die Gefahrenanalyse der National Fire Protection Agency (NFPA) fasst die wichtigsten Gefahren einer chemischen Substanz zusammen.
Das National Fire Protection Agency (NFPA) 704 Hazard Identification System wurde von NFPA entwickelt, um Sicherheitsinformationen über bestimmte Substanzen bereitzustellen. Das System beschreibt die Entflammbarkeit, Reaktivität, Gesundheit und andere Gefahren. Innerhalb des gesamten Diamantsymbols gibt der obere (rote) Diamant die Brandgefahr an (Temperaturbereich für Flammpunkt). Der blaue (linke) Diamant zeigt den Grad der Gesundheitsgefährdung an. Der gelbe (rechte) Diamant beschreibt Reaktivitätsgefahren, z. B. wie leicht die Substanz detoniert oder eine heftige chemische Veränderung erfährt. Der weiße (untere) Diamant weist auf besondere Gefahren hin, z. B. wenn es sich um ein Oxidationsmittel handelt (das es dem Stoff ermöglicht, in Abwesenheit von Luft / Sauerstoff zu verbrennen), eine ungewöhnliche oder gefährliche Reaktion mit Wasser durchläuft, ätzend, sauer, alkalisch ist, eine biologische Gefahr, radioaktiv und so weiter. Jede Gefahr wird auf einer Skala von 0 bis 4 bewertet, wobei 0 keine Gefahr und 4 extrem gefährlich ist.
Während sich viele Elemente in ihren chemischen und physikalischen Eigenschaften dramatisch unterscheiden, haben einige Elemente ähnliche Eigenschaften. Wir können Sätze von Elementen identifizieren, die gemeinsames Verhalten aufweisen. Zum Beispiel leiten viele Elemente Wärme und Elektrizität gut, während andere schlechte Leiter sind. Diese Eigenschaften können verwendet werden, um die Elemente in drei Klassen zu sortieren: Metalle (Elemente, die gut leiten), Nichtmetalle (Elemente, die schlecht leiten) und Metalloide (Elemente, die Eigenschaften von Metallen und Nichtmetallen haben).
Das Periodensystem ist eine Tabelle von Elementen, in der Elemente mit ähnlichen Eigenschaften nahe beieinander liegen (Abbildung 5). Sie werden mehr über das Periodensystem erfahren, wenn Sie Ihr Chemiestudium fortsetzen.
Abbildung 5. Das Periodensystem zeigt, wie Elemente nach bestimmten ähnlichen Eigenschaften gruppiert werden können. Hinweis Die Hintergrundfarbe gibt an, ob ein Element ein Metall, ein Metalloid oder ein Nichtmetall ist, während die Elementsymbolfarbe angibt, ob es sich um einen Feststoff, eine Flüssigkeit oder ein Gas handelt.
Video Review: Physikalische und chemische Eigenschaften
Sie können das Transkript für „Physical Vs. Chemical Changes – Explained“ hier ansehen (öffnet in neuem Fenster).
Schlüsselbegriffe und Zusammenfassung
Alle Substanzen haben unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften und können physikalischen oder chemischen Veränderungen unterliegen. Physikalische Eigenschaften wie Härte und Siedepunkt sowie physikalische Veränderungen wie Schmelzen oder Gefrieren beinhalten keine Änderung der Zusammensetzung der Materie. Chemische Eigenschaften, wie Entflammbarkeit und Säuregehalt, und chemische Veränderungen, wie Rosten, beinhalten die Produktion von Materie, die sich von der zuvor vorhandenen unterscheidet.
Messbare Eigenschaften fallen in eine von zwei Kategorien. Seine Eigenschaften hängen von der Menge der vorhandenen Materie ab, beispielsweise von der Masse des Goldes. Seine Eigenschaften hängen nicht von der Menge der vorhandenen Materie ab, beispielsweise von der Dichte von Gold. Wärme ist ein Beispiel für eine umfangreiche Eigenschaft, und Temperatur ist ein Beispiel für eine intensive Eigenschaft.
Probieren Sie es aus
- Klassifizieren Sie die sechs unterstrichenen Eigenschaften im folgenden Absatz als chemisch oder physikalisch: Fluor ist ein hellgelbes Gas, das mit den meisten Substanzen reagiert. Das freie Element schmilzt bei -220°C und siedet bei -188°C. Feinteilige Metalle brennen in Fluor mit einer hellen Flamme. Neunzehn Gramm Fluor reagieren mit 1,0 Gramm Wasserstoff.
- Klassifizieren Sie jede der folgenden Änderungen als physikalisch oder chemisch:
- Kondensation von Dampf
- Verbrennung von Benzin
- Säuern von Milch
- Auflösen von Zucker in Wasser
- Schmelzen von Gold
- Klassifizieren Sie jede der folgenden Änderungen als physikalisch oder chemisch:
- Kohleverbrennung
- Eisschmelze
- Mischen von Schokoladensirup mit Milch
- Explosion eines Feuerwerkskörpers
- Magnetisierung eines Schraubendrehers
- Das Volumen einer Sauerstoffgasprobe änderte sich von 10 ml auf 11 ml, als sich die Temperatur änderte. Ist das eine chemische oder physikalische Veränderung?
- Ein 2,0-Liter-Volumen Wasserstoffgas kombiniert mit 1,0 Liter Sauerstoffgas, um 2,0 Liter Wasserdampf zu erzeugen. Unterliegt Sauerstoff einer chemischen oder physikalischen Veränderung?
- Erklären Sie den Unterschied zwischen extensiven Eigenschaften und intensiven Eigenschaften.
- Identifizieren Sie die folgenden Eigenschaften entweder als extensiv oder intensiv.
- Volumen
- Temperatur
- Luftfeuchtigkeit
- Wärme
- Siedepunkt
- Die Dichte (d) eines Stoffes ist eine physikalische Eigenschaft, die als das Verhältnis seiner Masse (m) zu seinem Volumen (V) definiert ist.\text{dichte}=\dfrac{\text{Masse}}{\text{Volumen}}; \text{d}=\dfrac{\text{m}}{\text{V}}. Wenn man bedenkt, dass Masse und Volumen beide umfangreiche Eigenschaften sind, erklären Sie, warum ihr Verhältnis, die Dichte, intensiv ist.
Glossar
chemische Veränderung: Veränderung, die eine andere Art von Materie erzeugt als die ursprüngliche Art von Materie
chemische Eigenschaft: Verhalten, das mit der Veränderung einer Art von Materie in eine andere Art von Materie zusammenhängt
extensive Eigenschaft: Eigenschaft einer Substanz, die von der Menge der Substanz abhängt
intensive: eigenschaft einer Substanz, die unabhängig von der Menge der Substanz ist
physikalische Veränderung: Änderung des Zustands oder der Eigenschaften von Materie, die keine Änderung ihrer chemischen Zusammensetzung beinhaltet