Er det en prinsipiell forskjell på en kjemisk reaksjon og en fysisk forandring?

Denne oppgaven er tatt fra en TIMSS-test i 1991:

Hvilken av disse hendelsene er et eksempel på en kjemisk reaksjon?

A. Is som smelter

B. Saltkrystaller som knuses

C. Ved som brenner.

D. Vann som fordamper fra en vanndam.

Av elevene i 9. klasse var svarprosentene A: 20, B: 9, C: 27, D: 39. Det var følgelig flere som mente at vann som fordamper er et bedre eksempel på en kjemisk reaksjon enn ved som brenner.

Lærebokforfattere har etter dette ble kjent anstrengt seg for å forklare bedre hva  en kjemisk reaksjon er.  Etter min mening uten å ha lykkes.

I en ny lærebok i naturfag for 8. klasse står det på side 10 at  tegn på at det er en kjemisk reaksjon i en blanding av stoffer kan være fargeforandring, gassbobler, energiforandring og utfelling. Observerer man noe av dette konkluderer forfatterne at det dannes nye stoffer og at det derfor har skjedd en kjemisk reaksjon. Så en kjemisk reaksjon gir nye stoffer.

Som eksempel på fysiske forandringer nevnes vann som fryser til is og vann som fordamper til vanndamp. Da dette er reversible faseforandringer, får man vannet tilbake om isen smelter og dampen kondenserer. Så en fysisk forandring gir ikke nye stoffer. En reversibel forandring tas som kriterium på at forandringen er fysisk og ikke kjemisk. Men det kan ikke være riktig, da det er mange kjemiske reaksjoner som er reversible f.eks. gir en reaksjon mellom en alkohol og en organisk syre en ester pluss vann. Men blander man ester med vann og tilsetter litt sterk syre spaltes esteren og vi får tilbake alkoholen og syren.

Løser vi ammoniumnitrat i vann synker temperaturen i vannet. Oppløsningen gir en energiforandring. Allikevel ville vi ikke kalle en oppløsningsreaksjon for en kjemisk reaksjon.

Vi har hittil holdt oss på makronivå. Men det blir ikke enklere om vi går på mikronivå og definerer at i en kjemisk reaksjon brytes bindinger og nye etableres. Når isen smelter og vannet fordamper brytes bindinger, men vi kaller ikke smeltning og fordampning kjemiske reaksjoner, men faseforandringer.

Det står lite om hva som karakteriserer en faseovergang i skolens naturfagbøker eller kjemibøker (men kanskje mer i geologibøker?). I en fasovergang kan det skje en fargeforandring og en energiforandring. Det dannes også et nytt stoff. Det gjelder også faseoverganger hvor det er sterke bindinger som brytes. Et eksempel er overgangen mellom hvitt tinn og grått tinn. Det hvite er et metall og det grå en isolator. I det hvite har hvert tinnatom seks naboer, mens grått tinn har samme struktur som diamant så hvert tinnatom har fire naboer.

Når ammoniumnitrat løses i vann brytes de sterke bindingene mellom ionene, men vi kaller ikke oppløsningsreaksjoner en kjemisk reaksjon.

Så min konklusjon er enkel: det er prinsipielt ikke mulig å skille mellom en kjemisk reaksjon og en fysisk forandring. Jeg vil gå et skritt videre: det er heller ikke fruktbart å prøve å skille mellom dem. Det er ikke en fundamental forskjell mellom en endring som mange er enig i er en fysisk forandring og en endring som mange er enig er en kjemisk reaksjon. Så flervalgsoppgaver hvor elevene skal velge ut hva som er en kjemisk reaksjon blant flere hendelser bør ikke gis i fremtiden.