ความแตกแยกทางเคมี: แนวคิดและตัวอย่าง - เคมี - 2025

เราสามารถกำหนดความสามารถในการหารเคมีเป็นสมบัติของสสารที่ทำให้แยกเป็นส่วนย่อย ๆ ได้ เพื่อให้เข้าใจแนวคิดเราสามารถยกตัวอย่างได้

ถ้าเราเอาขนมปังก้อนหนึ่งมาผ่าครึ่งซ้ำแล้วซ้ำเล่าเราจะไปถึงจุดสำคัญที่ไม่สามารถแบ่งออกได้อีกหรือ? คำถามนี้อยู่ในใจของนักวิทยาศาสตร์และนักปรัชญามานานหลายพันปี

ที่มาและแนวคิดของการแบ่งแยกทางเคมี

เป็นที่ถกเถียงกันเป็นเวลานานว่าสสารประกอบด้วยอนุภาคหรือไม่ (ที่เรารู้จักกันในปัจจุบันว่าอะตอม) อย่างไรก็ตามแนวคิดทั่วไปก็คือสสารนั้นเป็นความต่อเนื่องที่สามารถแบ่งออกได้

แนวคิดทั่วไปนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ที่เก่งกาจเช่น James Clerk Maxwell (จากสมการของ Maxwell) และ Ludwing Boltzman (ของการกระจาย Boltzman) ตกเป็นเหยื่อของการเยาะเย้ยซึ่งทำให้อดีตต้องบ้าคลั่งและคนหลังต้องฆ่าตัวตาย

ในศตวรรษที่ 5 ก่อนคริสต์ศักราช Leucippus นักปรัชญาชาวกรีกและสาวกของเขา Democritus ใช้คำว่าอะตอมเพื่อกำหนดชิ้นส่วนที่เล็กที่สุดของแต่ละสสารและเสนอว่าโลกประกอบด้วยอะไรมากไปกว่าอะตอมในการเคลื่อนที่

ทฤษฎีอะตอมในยุคแรก ๆ นี้แตกต่างจากรุ่นหลัง ๆ ตรงที่มีแนวคิดเกี่ยวกับจิตวิญญาณของมนุษย์ที่ประกอบด้วยอะตอมที่ละเอียดกว่าซึ่งกระจายอยู่ทั่วร่างกาย

ทฤษฎีอะตอมตกต่ำลงในยุคกลาง แต่ได้รับการฟื้นฟูเมื่อเริ่มต้นการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ในศตวรรษที่ 17

ยกตัวอย่างเช่นไอแซกนิวตันเชื่อว่าสสารประกอบด้วย "ของแข็งมวลมหาศาลแข็งไม่สามารถผ่านได้และอนุภาคเคลื่อนที่ได้"

ความแตกแยกสามารถเกิดขึ้นได้จากวิธีการต่างๆวิธีที่พบบ่อยที่สุดคือการหารด้วยวิธีทางกายภาพเช่นการสับแอปเปิ้ลด้วยมีด

อย่างไรก็ตามการแบ่งแยกยังสามารถเกิดขึ้นได้โดยวิธีการทางเคมีซึ่งสสารจะถูกแยกออกเป็นโมเลกุลหรืออะตอม

10 ตัวอย่างของการแบ่งแยกทางเคมี

1- ละลายเกลือในน้ำ

เมื่อเกลือเช่นโซเดียมคลอไรด์ละลายในน้ำปรากฏการณ์การละลายจะเกิดขึ้นเมื่อพันธะไอออนิกของเกลือแตก:

NaCl → Na ⁺ + Cl ^-

การละลายเกลือเพียงเม็ดเดียวในน้ำจะแยกออกเป็นโซเดียมและคลอไรด์ไอออนนับพันล้านในสารละลาย

รูปที่ 1: การละลายของเกลือในน้ำ

2- ออกซิเดชั่นของโลหะในตัวกลางที่เป็นกรด

โลหะทุกชนิดเช่นแมกนีเซียมหรือสังกะสีทำปฏิกิริยากับกรดเช่นกรดไฮโดรคลอริกเจือจางเพื่อให้ฟองไฮโดรเจนและสารละลายโลหะคลอไรด์ไม่มีสี

Mg + HCl → Mg ²⁺ + Cl ^- + H ₂

กรดจะออกซิไดซ์โลหะแยกพันธะโลหะเพื่อให้ได้ไอออนในสารละลาย (BBC, 2014)

3- ไฮโดรไลซิสของเอสเทอร์

ไฮโดรไลซิสคือการทำลายพันธะเคมีผ่านน้ำ ตัวอย่างของการไฮโดรไลซิสคือการไฮโดรไลซิสของเอสเทอร์ซึ่งแบ่งออกเป็นสองโมเลกุลคือแอลกอฮอล์และกรดคาร์บอกซิลิก

รูปที่ 2: การไฮโดรไลซิสของเมทิลอะซิเตต

4- ปฏิกิริยาการกำจัด

ปฏิกิริยาการกำจัดทำตามที่กล่าวไว้นั่นคือการกำจัดอะตอมออกจากโมเลกุล สิ่งนี้ทำเพื่อสร้างพันธะคู่คาร์บอน - คาร์บอน ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้เบสหรือกรด

สามารถเกิดขึ้นได้ในขั้นตอนเดียวร่วมกัน (สิ่งที่เป็นนามธรรมของโปรตอนในCαเกิดขึ้นพร้อมกันกับความแตกแยกของพันธะCβ-X) หรือในสองขั้นตอน (ความแตกแยกของพันธะCβ-X เกิดขึ้นก่อนเพื่อสร้างคาร์บอเนตกลาง ซึ่งจะถูก "ปิด" โดยนามธรรมของโปรตอนในแอลฟา - คาร์บอน)

รูปที่ 3: ปฏิกิริยาการกำจัด

5- ปฏิกิริยาเอนไซม์ของอัลโดเลส

ในขั้นตอนการเตรียมการของไกลโคไลซิสโมเลกุลกลูโคสหนึ่งโมเลกุลจะถูกแบ่งออกเป็นสองโมเลกุลของไกลเซอราลดีไฮด์ 3-phosphate (G3P) โดยใช้ 2 ATP

เอนไซม์ที่รับผิดชอบในการผ่านี้คืออัลโดเลสซึ่งผ่านการควบแน่นแบบย้อนกลับจะแบ่งออกเป็นสองโมเลกุลของฟรุกโตส 1,6-bisphosphate ในโมเลกุล G3P และโมเลกุลฟอสเฟต dihydroxyacetone ซึ่งต่อมาจะถูกแยกออกจากกันเพื่อสร้างโมเลกุลอื่นของ G3P

รูปที่ 4: ปฏิกิริยา Aldolase

6- การย่อยสลายสารชีวโมเลกุล

ไม่เพียง แต่ไกลโคไลซิสเท่านั้น แต่การย่อยสลายสารชีวโมเลกุลทั้งหมดในปฏิกิริยาการเผาผลาญเป็นตัวอย่างของการแบ่งตัวทางเคมี

นี่เป็นเพราะพวกมันเริ่มต้นจากโมเลกุลขนาดใหญ่เช่นคาร์โบไฮเดรตกรดไขมันและโปรตีนเพื่อผลิตโมเลกุลขนาดเล็กเช่น acetyl CoA ที่เข้าสู่วงจร Krebs เพื่อผลิตพลังงานในรูปของ ATP

7- ปฏิกิริยาการเผาไหม้

นี่เป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของการแบ่งแยกทางเคมีเนื่องจากโมเลกุลที่ซับซ้อนเช่นโพรเพนหรือบิวเทนทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อผลิต CO ₂และน้ำ:

C ₃ H ₈ + 5o ₂ → 3CO ₂ + 4H ₂ O

การย่อยสลายของสารชีวโมเลกุลอาจกล่าวได้ว่าเป็นปฏิกิริยาการเผาไหม้เนื่องจากผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายคือ CO ₂และน้ำอย่างไรก็ตามสิ่งเหล่านี้เกิดขึ้นในหลายขั้นตอนโดยมีตัวกลางที่แตกต่างกัน

8- การหมุนเหวี่ยงเลือด

การแยกส่วนประกอบต่าง ๆ ของเลือดเป็นตัวอย่างของความแตกแยก แม้จะเป็นกระบวนการทางกายภาพ แต่ตัวอย่างก็น่าสนใจสำหรับฉันเนื่องจากส่วนประกอบถูกแยกออกจากความแตกต่างของความหนาแน่นโดยการหมุนเหวี่ยง

ส่วนประกอบที่หนาแน่นที่สุดคือซีรั่มที่มีเม็ดเลือดแดงจะยังคงอยู่ที่ด้านล่างของท่อหมุนเหวี่ยงในขณะที่ส่วนประกอบที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าคือพลาสมาจะยังคงอยู่ที่ด้านบน

9- บัฟเฟอร์ไบคาร์บอเนต

โซเดียมไบคาร์บอเนต HCO ₃ ^-เป็นวิธีหลักในการขนส่ง CO ₂ในร่างกายอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาการย่อยสลายเมตาบอลิซึม

สารประกอบนี้ทำปฏิกิริยากับโปรตอนในตัวกลางเพื่อผลิตกรดคาร์บอนิกซึ่งแบ่งออกเป็น CO2 และน้ำในภายหลัง:

HCO ₃ ^- + H ⁺ DH ₂ CO ₃ D CO ₂ + H ₂ O

เนื่องจากปฏิกิริยาสามารถย้อนกลับได้นี่เป็นวิธีที่สิ่งมีชีวิตมีโดยผ่านการหายใจเพื่อควบคุม pH ทางสรีรวิทยาเพื่อหลีกเลี่ยงกระบวนการของ alkalosis หรือ acidosis

10- การแบ่งอะตอมหรือฟิชชันนิวเคลียร์

ในกรณีที่นิวเคลียสขนาดใหญ่ (เช่นยูเรเนียม -235) แตกตัว (ฟิชชัน) จะส่งผลให้ได้รับพลังงานสุทธิ เนื่องจากผลรวมของมวลของชิ้นส่วนจะน้อยกว่ามวลของแกนยูเรเนียม

ในกรณีที่มวลของชิ้นส่วนมีค่าเท่ากับหรือมากกว่าของเหล็กที่จุดสูงสุดของเส้นโค้งพลังงานที่มีผลผูกพันอนุภาคนิวเคลียร์จะถูกผูกติดแน่นกว่าในนิวเคลียสของยูเรเนียมและการลดลงของมวลนี้เกิดขึ้นใน รูปแบบพลังงานตามสมการของไอน์สไตน์

รูปที่ 5: ฟิชชันของยูเรเนียม 235

สำหรับธาตุที่เบากว่าเหล็กฟิวชันจะผลิตพลังงาน แนวคิดนี้นำไปสู่การสร้างระเบิดปรมาณูและพลังงานนิวเคลียร์

อ้างอิง

1. AJ ซอฟต์แวร์และมัลติมีเดีย (2015) นิวเคลียร์ฟิชชัน: พื้นฐาน กู้คืนจาก atomicarchive.com.
2. (2014) ปฏิกิริยาของกรด กู้คืนจาก bbc.co.uk.
3. Clark, J. (2016, มกราคม). ไฮดรอลิซิงเอสเทอร์ กู้คืนจาก chemguide.co.uk.
4. Foist, L. (SF). ปฏิกิริยาการกำจัดในเคมีอินทรีย์. กู้คืนจาก study.com.
5. มิลเลอร์วอชิงตัน (1867) องค์ประกอบของเคมี: ทฤษฎีและปฏิบัติตอนที่ 1 นิวยอร์ก: จอห์นไวลีย์และลูกชาย
6. นิวเคลียร์. (SF) หายจากไฮเปอร์ฟิสิกส์.
7. Pratt, D. (1997, พฤศจิกายน). การแบ่งแยกไม่สิ้นสุดของสสาร กู้คืนจาก davidpratt.info.
8. Soderberg, T. (2016, 31 พฤษภาคม). การกำจัดโดยกลไก E1 และ E2 กู้คืนจาก chem.libretext.