Kategoria: Luokka: Kemia Julkaistu: September 24, 2013
Kemiassa kemiallisen prosessin ja fysikaalisen prosessin välillä ei ole todellista eroa. Jotkut kemian opettajat haluavat määritellä kemialliseksi prosessiksi minkä tahansa prosessin, johon liittyy kemiallinen reaktio, ja kaikki muut prosessit fysikaalisiksi prosesseiksi. Tällaisten opettajien mukaan esimerkiksi polttoaineiden polttaminen on kemiallinen prosessi ja esimerkiksi suolan liuottaminen veteen tai veden jäädyttäminen jääksi on fysikaalinen prosessi. Tämä erottelu on kuitenkin todella mielivaltainen ja ei ole perustavanlaatuinen. Vaikka tällaiset opettajat saattavat tehdä tällaisen erottelun hyvässä tarkoituksessa opettaakseen oppilaitaan, he todellisuudessa asettavat oppilaat pitkällä aikavälillä hämmennyksiin.
Kaikki prosessit, joihin liittyy atomien vuorovaikutus, ovat kemiallisia. Suolan liuottaminen veteen on kemiallinen reaktio. Aloitetaan kahdesta erillisestä reagoivasta aineesta (suola ja vesi), saadaan atomit sitoutumaan toisiinsa uusilla tavoilla (jokainen suolaioni sitoutuu joukkoon vesimolekyylejä), ja syntyy uusi kemikaali (suolavesi). Kaikille kemiallisille reaktioille on tyypillistä, että prosessin aikana lämpö vaihtuu ympäristön kanssa. Suolan liukeneminen veteen ei ehkä ole yhtä hohdokasta kuin vedyllä täytetyn ilmapallon räjäyttäminen, mutta se on silti kemiallinen reaktio.
Jopa niinkin yksinkertaiset prosessit kuin faasimuutokset (kiinteästä nesteeksi, nesteestä kaasuksi jne.) ovat luonteeltaan todella kemiallisia. Prosessissa, jossa vesi jäätyy jääksi, nestemäisen veden molekyylit lähtevät liikkeelle yhdestä konfiguraatiosta, muodostavat sidoksia ottaessaan uuden konfiguraation ja vapauttavat energiaa prosessin aikana. Jotkut opettajat eivät halua käsitellä faasimuutoksia kemiallisina reaktioina, koska kemian perusyhtälöt eivät ole kovin käyttökelpoisia oppilaiden opetuksessa. Esimerkiksi kemiallinen perusyhtälö veden jäätymiselle jääksi on: H20 → H20. Tämä yhtälö on harhaanjohtava. Se näyttää antavan ymmärtää, että mitään ei tapahdu lainkaan. Tästä syystä jotkut saattavat ajatella, että faasimuutoksia ei oikeastaan lasketa. Yksityiskohtaisempi kemiallinen yhtälö on kuitenkin valaisevampi: H20(neste) – lämpö → H20(kiinteä) . Tuohon nuoliin sisältyy vakaiden vetysidosten muodostuminen vesimolekyylien välille energian poistumisen jälkeen (energiaa vapautuu aina, kun kemiallisia sidoksia muodostuu). Sidosten muodostuminen on kemiallisten reaktioiden keskeinen piirre.
Itse asiassa lähes jokainen meille tuttu arkipäivän kokemus on luonteeltaan pohjimmiltaan kemiallinen. Jalkapallon potkaiseminen, polkupyörän vaihteen vaihtaminen, laulaminen ja sanojen kirjoittaminen paperille kuvataan kaikki perustasolla atomien vuorovaikutukseksi. Fundamentaalisella tasolla ainoat prosessit, jotka eivät ole luonteeltaan kemiallisia, ovat gravitaatioprosessit ja ydin-/subatomihiukkasprosessit.
Lisäksi termi ”fysikaalinen prosessi” on niin epämääräinen, että se on hyödytön. Jokainen havaittava prosessi maailmankaikkeudessa on fysikaalinen. Ainoat asiat universumissa, jotka eivät ole fysikaalisia, ovat abstrakteja käsitteitä, kuten rakkaus ja usko. Kaikki kemialliset prosessit ovat fysikaalisia, samoin kuin kaikki biologiset, geologiset, tähtitieteelliset, gravitaatio-, subatomi- ja ydinprosessit. Hans-Dieter Barken kirjassa ”Misconceptions in Chemistry” todetaan:
Kemian tunneilla on perinteistä erottaa kemialliset reaktiot fysikaalisista prosesseista. Metallisulfidien muodostuminen alkuaineistaan energiaa vapauttamalla kuvataan joka tapauksessa kemialliseksi reaktioksi. Sitä vastoin aineiden liukenemista veteen pidetään usein ”fysikaalisena prosessina”, koska aine ”ei varsinaisesti muutu”, liuennut aine voidaan saada takaisin alkuperäiseen muotoonsa ”fysikaalisten” erotusmenetelmien avulla. Jos otetaan natriumhydroksidia ja liuotetaan sitä pieneen määrään vettä, syntyy väritön liuos, josta vapautuu lämpöä; liuos johtaa sähköä ja tuottaa korkean pH-arvon. Kriittiset opiskelijat pitävät tätä liuosta uutena aineena, ja lämmön tuottaminen osoittaa eksotermistä reaktiota. Tästä esimerkistä näkee, että aineen muuntumista ei ole järkevää erottaa ”kemiallisiin” ja ”fysikaalisiin” prosesseihin . Jos jatkamme rutiininomaisesti näin ”olemme aina tehneet näin” -ajattelun mukaisesti, syntyy automaattisesti koulussa vallitseviin opetustraditioihin perustuvia, koulussa syntyneitä väärinkäsityksiä.
Teemat: kemiallinen prosessi, kemiallinen reaktio, faasi, faasimuutos, faasimuutos, fysikaalinen prosessi
Vastaa