Categorie: Scheikunde Gepubliceerd: September 24, 2013
Er is geen echt verschil tussen een chemisch proces en een fysisch proces in de scheikunde. Sommige scheikundeleraren definiëren een chemisch proces graag als elk proces waarbij een chemische reactie optreedt en alle andere processen als fysische processen. Volgens dergelijke docenten zijn dingen als het verbranden van brandstoffen chemische processen en dingen als het oplossen van zout in water of het bevriezen van water tot ijs fysische processen. Maar dit onderscheid is echt arbitrair en niet fundamenteel. Hoewel zulke leraren zo’n onderscheid misschien maken met de goede bedoeling hun leerlingen iets bij te brengen, zorgen ze er in feite voor dat de leerlingen op de lange duur in verwarring raken.
Alle processen waarbij de interactie van atomen een rol speelt, zijn chemisch. Zout oplossen in water is een chemische reactie. Je begint met twee verschillende reactanten (zout en water), laat de atomen zich op nieuwe manieren aan elkaar binden (elk zoution wordt gebonden aan een groep watermoleculen), en er wordt een nieuwe chemische stof gevormd (zout water). Typisch voor alle chemische reacties is dat er warmte wordt uitgewisseld met de omgeving als onderdeel van het proces. Het oplossen van zout in water is misschien niet zo glamoureus als het laten exploderen van een ballon gevuld met waterstof, maar het is nog steeds een chemische reactie.
Zelfs eenvoudige processen als veranderingen in fase (vast naar vloeibaar, vloeibaar naar gas, enz.) zijn echt chemisch van aard. Bij het proces van bevriezing tot ijs beginnen de moleculen in vloeibaar water in één configuratie, vormen bindingen terwijl ze de nieuwe configuratie aannemen, en geven daarbij energie af. Sommige docenten behandelen faseveranderingen niet graag als chemische reacties, omdat de chemische basisvergelijkingen niet erg nuttig zijn voor het onderwijs aan leerlingen. Bijvoorbeeld, de chemische basisvergelijking voor water dat bevriest tot ijs is: H20 → H20. Deze vergelijking is misleidend. Ze lijkt te suggereren dat er helemaal niets gebeurt. Daarom denken sommigen misschien dat faseveranderingen niet echt tellen. Maar een meer gedetailleerde chemische vergelijking is verhelderender: H20(vloeibaar) – warmte → H20(vast) . In die pijl zit de vorming van stabiele waterstofbruggen tussen watermoleculen na het verwijderen van energie (er komt altijd energie vrij bij de vorming van chemische bindingen). De vorming van bindingen is het belangrijkste kenmerk van chemische reacties.
In feite is zo ongeveer elke dagelijkse ervaring die we kennen fundamenteel chemisch van aard. Het trappen van een voetbal, het schakelen op een fiets, het zingen en het schrijven van woorden op papier worden allemaal op het fundamentele niveau beschreven als de interactie van atomen. Op het fundamentele niveau zijn de enige processen die niet chemisch van aard zijn, gravitatieprocessen en nucleaire/subatomaire-deeltjesprocessen.
Daarnaast is de term “fysisch proces” zo vaag dat hij nutteloos is. Elk waarneembaar proces in het universum is fysisch. De enige dingen in het universum die niet fysisch zijn, zijn abstracte concepten zoals liefde en geloof. Alle chemische processen zijn fysisch, net als alle biologische, geologische, astronomische, gravitatie-, subatomaire en nucleaire processen. In het boek “Misverstanden in de scheikunde” van Hans-Dieter Barke staat:
Het is traditioneel in scheikundelessen om chemische reacties te scheiden van fysische processen. De vorming van metaalsulfiden uit zijn elementen door het vrijkomen van energie wordt in alle gevallen beschreven als een chemische reactie. Het oplossen van stoffen in water wordt daarentegen vaak beschouwd als een “fysisch proces” omdat de materie “niet werkelijk verandert”, de opgeloste stof kan door “fysische” scheidingsprocedures weer in zijn oorspronkelijke vorm worden teruggebracht. Als men natriumhydroxide neemt en dit in een beetje water oplost, ontstaat er een kleurloze oplossing waarbij warmte vrijkomt; de oplossing geleidt elektriciteit en geeft een hoge pH-waarde. Kritische leerlingen beschouwen deze oplossing als een nieuwe stof en de productie van warmte wijst op een exotherme reactie. Uit dit voorbeeld blijkt dat het geen zin heeft om de omzetting van materie te scheiden in “chemische” en “fysische” processen. Als we dit routinematig blijven doen in de zin van “we hebben het altijd zo gedaan”, zouden er automatisch schoolse misvattingen ontstaan op basis van onderwijstradities op school.
Topics: chemisch proces, chemische reactie, fase, faseverandering, faseovergang, fysisch proces
Geef een antwoord