1.5: Właściwości fizyczne i chemiczne materii

Cechy, które pozwalają nam odróżnić jedną substancję od drugiej, nazywane są właściwościami.

Właściwości fizyczne materii

Właściwość fizyczna to cecha materii niezwiązana ze zmianą jej składu chemicznego. Przykłady właściwości fizycznych to gęstość, kolor, twardość, temperatura topnienia i wrzenia oraz przewodność elektryczna. Niektóre właściwości fizyczne, takie jak gęstość i kolor, możemy obserwować nie zmieniając stanu fizycznego obserwowanej materii. Inne właściwości fizyczne, takie jak temperatura topnienia żelaza lub temperatura zamarzania wody, można zaobserwować jedynie wtedy, gdy materia ulega przemianom fizycznym.

Przemiana fizyczna to zmiana stanu lub właściwości materii, bez towarzyszącej zmiany jej składu chemicznego. Przemianę fizyczną obserwujemy, na przykład, gdy topi się wosk, cukier rozpuszcza się w kawie, a para skrapla się tworząc ciecz, czyli wodę. Inne przykłady zmian fizycznych obejmują magnesowanie i rozmagnesowanie metali (tak jak ma to miejsce w przypadku popularnych znaczników zabezpieczających przed kradzieżą) oraz mielenie ciał stałych na proszki. W każdym z tych przykładów następuje zmiana stanu fizycznego, postaci lub właściwości substancji, ale nie następuje zmiana jej składu chemicznego.

Właściwości chemiczne materii

Zdolność substancji do przekształcenia się w inną substancję (lub jej brak) jest właściwością chemiczną. Przykłady właściwości chemicznych obejmują palność, toksyczność, kwasowość, reaktywność (wiele typów) i ciepło spalania. Na przykład żelazo łączy się z tlenem w obecności wody, tworząc rdzę; chrom nie utlenia się. Nitrogliceryna jest bardzo niebezpieczna, ponieważ łatwo eksploduje; neon nie stwarza prawie żadnego zagrożenia, ponieważ jest bardzo niereaktywny.

Aby zidentyfikować właściwość chemiczną, szukamy zmiany chemicznej. Zmiana chemiczna zawsze wytwarza jeden lub więcej rodzajów materii, które różnią się od materii obecnej przed zmianą. Tworzenie się rdzy jest przemianą chemiczną, ponieważ rdza jest innym rodzajem materii niż żelazo, tlen i woda obecne przed powstaniem rdzy. Eksplozja nitrogliceryny jest zmianą chemiczną, ponieważ powstałe gazy to substancje różniące się od substancji pierwotnej. Inne przykłady zmian chemicznych obejmują reakcje przeprowadzane w laboratorium (takie jak reakcja miedzi z kwasem azotowym), wszelkie formy spalania, dojrzewanie owoców oraz gotowanie, trawienie lub gnicie żywności.

Cechy, które pomagają nam odróżnić jeden rodzaj materii od drugiego, określa się mianem właściwości. Materia wykazuje dwa rodzaje właściwości: fizyczne i chemiczne.

Właściwości fizyczne materii można mierzyć i obserwować bez zmiany składu lub tożsamości materii. Zapach, smak, kolor, wygląd, twardość, gęstość, temperatura topnienia i wrzenia oraz przewodność elektryczna to przykłady właściwości fizycznych.

Niektóre z tych właściwości fizycznych można zaobserwować bez zmiany stanu fizycznego materii. Tak więc, kiedy mówimy, że hel gazowy jest lżejszy od powietrza, odnosimy się do właściwości fizycznej. Podobnie zapach benzyny jest również właściwością fizyczną.

Inne właściwości fizyczne można zaobserwować tylko wtedy, gdy materia ulega zmianom fizycznym. Na przykład czyste złoto w stanie stałym składa się z ciasno upakowanych atomów złota. Ale kiedy topi się w wysokiej temperaturze, zmienia swój stan z stałego na ciekły. Jednak ta ciecz nadal składa się z atomów złota, więc jest to zmiana fizyczna.

Podobnie, gdy woda w stanie ciekłym zamarza do stałego lodu, skład chemiczny zarówno wody, jak i lodu pozostaje taki sam. Tak więc zmiany fizyczne zmieniają tylko stan materii lub warunki fizyczne, nie zmieniając składu chemicznego.

Kruszenie, mielenie, krojenie, mieszanie, magnesowanie lub rozmagnesowywanie to inne powszechne sposoby zmiany fizycznego stanu materii. 

Z drugiej strony właściwości chemiczne materii to cechy, które można zmierzyć i zaobserwować tylko wtedy, gdy substancja ma zmianę składu chemicznego. Korozyjność, palność, toksyczność, kwasowość lub reaktywność chemiczna to przykłady właściwości chemicznych materii.

Aby zidentyfikować właściwość chemiczną, szukamy zmiany chemicznej. Zmiany chemiczne obejmują reakcje chemiczne i często obserwuje się je poprzez zmianę koloru lub zapachu.

Na przykład, gdy miedziany grosz jest wystawiony na działanie powietrza i wody, następuje zmiana chemiczna. Miedź przechodzi szereg reakcji chemicznych, z których jedna jest pokazana tutaj, tworząc warstwę niebiesko-zielonej patyny na naturalnie brązowym groszu.

W ten sposób zmiany chemiczne wytwarzają zupełnie nowe formy materii, które różnią się od materii istniejącej przed zmianą. Na przykład palność benzyny jest właściwością chemiczną wynikającą ze zmian chemicznych w składzie benzyny podczas spalania, zamieniając benzynę w zupełnie nowe substancje, głównie dwutlenek węgla i wodę.