Φυσικά και χημικά φαινόμενα

Γύρω μας, κάθε στιγμή, συμβαίνουν αλλαγές. Το πρωί λιώνει το χιόνι, το γάλα «ξινίζει» στο ψυγείο αν μείνει πολύ, ένα σιδερένιο ποδήλατο που το ξεχάσαμε στη βροχή γεμίζει σκουριά, και ο πάγος στο ποτήρι μας γίνεται σιγά-σιγά νερό. Όλες αυτές οι αλλαγές τις ονομάζουμε μεταβολές ή φαινόμενα.

Μπορεί όλες να μοιάζουν ίδιες, όμως δεν είναι. Οι επιστήμονες τις χωρίζουν σε δύο μεγάλες κατηγορίες: στα φυσικά φαινόμενα και στα χημικά φαινόμενα. Σε αυτή την ενότητα θα μάθουμε τι είναι το καθένα, πώς τα ξεχωρίζουμε και γιατί αυτός ο διαχωρισμός είναι τόσο σημαντικός για την επιστήμη της Χημείας.

Τι είναι ένα φαινόμενο;

Ας ξεκινήσουμε από την πιο βασική ιδέα. Φαινόμενο ονομάζουμε κάθε αλλαγή που παρατηρούμε στον κόσμο γύρω μας.

Το κλειδί για να καταλάβουμε τι είδους φαινόμενο έχουμε μπροστά μας είναι μία και μόνο ερώτηση:

Μετά την αλλαγή, έχω ακόμη την ίδια ουσία ή δημιουργήθηκε κάτι καινούριο και διαφορετικό;

Η απάντηση σε αυτή την ερώτηση χωρίζει όλα τα φαινόμενα του κόσμου στις δύο κατηγορίες που θα μελετήσουμε.

Φυσικά φαινόμενα

Ας φανταστούμε ότι παίρνουμε ένα παγάκι και το αφήνουμε στο τραπέζι. Μετά από λίγη ώρα, το παγάκι έχει γίνει μια μικρή λιμνούλα νερού. Άλλαξε η μορφή του — από στερεός πάγος έγινε υγρό νερό — αλλά η ουσία παρέμεινε η ίδια: και πριν ήταν νερό, και τώρα είναι νερό. Απλώς άλλαξε η κατάσταση στην οποία βρίσκεται.

Ένα χαρακτηριστικό των φυσικών φαινομένων είναι ότι πολλά από αυτά μπορούν να αντιστραφούν, δηλαδή να επιστρέψουν στην αρχική τους κατάσταση. Το νερό μπορεί να ξαναπαγώσει και να γίνει πάλι πάγος. Το κερί που λιώσαμε, όταν κρυώσει, ξαναγίνεται στερεό κερί.

Παραδείγματα φυσικών φαινομένων

• Το λιώσιμο του πάγου: ο πάγος γίνεται νερό, όμως παραμένει νερό.
• Το λιώσιμο του κεριού: το στερεό κερί υγροποιείται και, όταν κρυώσει, ξαναστερεοποιείται — μένει πάντα κερί.
• Το σπάσιμο ενός ποτηριού ή το σχίσιμο ενός χαρτιού: αλλάζει το σχήμα, αλλά το γυαλί μένει γυαλί και το χαρτί μένει χαρτί.
• Το στέγνωμα των ρούχων: το νερό εξατμίζεται και φεύγει στον αέρα ως υδρατμός. Το νερό δεν εξαφανίζεται και δεν αλλάζει — απλώς άλλαξε μορφή.
• Η ανάμιξη δύο υλικών: αν ανακατέψουμε αλάτι με πιπέρι ή ρινίσματα σιδήρου με άμμο, τα υλικά απλώς βρίσκονται μαζί. Παραμένουν ίδια και, με λίγη υπομονή, μπορούμε ακόμη και να τα ξαναχωρίσουμε.
• Τα κύματα στο νερό: το νερό απλώς κινείται, δεν μετατρέπεται σε κάτι άλλο.

Χημικά φαινόμενα

Τώρα ας φανταστούμε κάτι διαφορετικό. Παίρνουμε ένα φύλλο χαρτί και, αντί να το διπλώσουμε, το βάζουμε φωτιά. Μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα το χαρτί εξαφανίζεται και στη θέση του μένουν στάχτη και καπνός. Αυτές είναι εντελώς νέες ουσίες, τελείως διαφορετικές από το αρχικό χαρτί. Και το πιο σημαντικό: όσο κι αν προσπαθήσουμε, δεν μπορούμε να ξαναφτιάξουμε το χαρτί από τη στάχτη. Η αλλαγή αυτή δεν αντιστρέφεται.

Στα χημικά φαινόμενα συχνά παρατηρούμε ενδείξεις ότι κάτι καινούριο γεννιέται: αλλαγή χρώματος, δημιουργία φυσαλίδων ή αερίου, έκλυση φωτός ή θερμότητας, μια νέα μυρωδιά. Επίσης, τα περισσότερα χημικά φαινόμενα δεν αντιστρέφονται εύκολα.

Παραδείγματα χημικών φαινομένων

• Η καύση (το κάψιμο): όταν καίγεται χαρτί, ξύλο ή ένα κερί, σχηματίζονται νέες ουσίες, όπως καπνός, στάχτη και αέρια. Το ίδιο συμβαίνει και στα εντυπωσιακά πυροτεχνήματα, που καίγονται και δίνουν φως και χρώματα.
• Το σκούριασμα του σιδήρου: ο σίδηρος ενώνεται με το οξυγόνο και την υγρασία του αέρα και σχηματίζει μια νέα ουσία, τη σκουριά.
• Το μούχλιασμα του ψωμιού: πάνω στο μπαγιάτικο ψωμί αναπτύσσεται μούχλα, δηλαδή σχηματίζονται νέες ουσίες.
• Το ψήσιμο και το τηγάνισμα των τροφών: όταν ψήνουμε ψωμί ή κέικ και αυτό ροδίζει, ή όταν τηγανίζουμε ένα αυγό και το διάφανο ασπράδι γίνεται λευκό και στερεό, δημιουργούνται νέες ουσίες. Γι' αυτό και το τηγανητό αυγό δεν ξαναγίνεται ποτέ ωμό.
• Η μετατροπή του γάλακτος σε γιαούρτι και η έκρηξη ενός ηφαιστείου, όπου σχηματίζονται νέα αέρια και υλικά.

Πώς ξεχωρίζουμε τα φυσικά από τα χημικά φαινόμενα;

Ο πιο σίγουρος τρόπος είναι να θυμόμαστε τη μία μαγική ερώτηση: «Σχηματίστηκε κάποια νέα ουσία;»

• Αν η ουσία παρέμεινε η ίδια και άλλαξε μόνο η μορφή, το σχήμα ή η κατάσταση της → φυσικό φαινόμενο.
• Αν δημιουργήθηκε νέα ουσία, διαφορετική από την αρχική → χημικό φαινόμενο.

Ο παρακάτω πίνακας συνοψίζει τις διαφορές τους:

Η Χημεία και οι χημικές αντιδράσεις

Ας δούμε τώρα γιατί όλα αυτά έχουν σημασία. Όταν συμβαίνει ένα χημικό φαινόμενο, λέμε ότι πραγματοποιείται μια χημική αντίδραση. Πρόκειται στην ουσία για δύο τρόπους να πούμε το ίδιο πράγμα.

Τι είναι η χημική αντίδραση

Σε μια χημική αντίδραση, οι αρχικές ουσίες μετατρέπονται σε νέες. Ας δούμε ένα καθημερινό παράδειγμα, την καύση των ξύλων:

$\text{ξύλα} + \text{οξυγόνο} \longrightarrow \text{καυσαέρια} + \text{στάχτη}$

Οι ουσίες που υπάρχουν στην αρχή (τα ξύλα και το οξυγόνο του αέρα) εξαφανίζονται και στη θέση τους εμφανίζονται εντελώς νέες ουσίες: τα καυσαέρια και η στάχτη. Αυτό ακριβώς σημαίνει «σχηματισμός νέων ουσιών».

Ο ορισμός της Χημείας

Αφού τα χημικά φαινόμενα είναι αυτά στα οποία δημιουργούνται νέες ουσίες, καταλαβαίνουμε γιατί συνδέονται τόσο άμεσα με τη Χημεία.

Μελετώντας τις χημικές αντιδράσεις, οι χημικοί μπορούν να βρουν τρόπους να τις τροποποιήσουν, να τις επιταχύνουν (να τις κάνουν πιο γρήγορες) ή να τις επιβραδύνουν (να τις κάνουν πιο αργές). Έτσι, για παράδειγμα, μπορούμε να επιβραδύνουμε το σκούριασμα ενός μετάλλου ή να επιταχύνουμε την παρασκευή ενός χρήσιμου υλικού.

Τα φυσικά φαινόμενα, από την άλλη, όπου η ουσία δεν αλλάζει, μελετώνται περισσότερο από μια άλλη επιστήμη, τη Φυσική.

Η Χημεία στην καθημερινότητά μας

Τα χημικά φαινόμενα δεν συμβαίνουν μόνο στα εργαστήρια. Μας περιτριγυρίζουν παντού:

• Στην κουζίνα: κάθε φορά που ψήνεται ένα κέικ και φουσκώνει, που ροδίζει το ψωμί ή που καραμελώνει η ζάχαρη, γίνεται μια χημική αντίδραση. Γι' αυτό και μια ψημένη μηλόπιτα μυρίζει τόσο διαφορετικά από τα ωμά υλικά της.
• Στο σώμα μας: η τροφή που τρώμε μετατρέπεται μέσα στον οργανισμό μας σε νέες ουσίες και σε ενέργεια. Είναι κι αυτό ένα χημικό φαινόμενο!
• Στην αυλή και στο περιβάλλον: η κομποστοποίηση μετατρέπει τα οργανικά απορρίμματα (φλούδες, φύλλα, υπολείμματα φαγητού) σε ένα νέο, χρήσιμο υλικό, το κομπόστ. Είναι κι αυτό χημικό φαινόμενο, αφού σχηματίζονται νέες ουσίες.