物理變化和化學變化：同一種物質，還是新物質？
凍檸茶裏的冰塊熔化、麵包在多士爐裏變成金黃色、單車在雨中生銹——身邊的東西無時無刻都在變化，但這些變化並不一樣！在這一課，你會學習分辨物理變化和化學變化，把日常的過程正確分類，比較化合物和它的組成元素，並解釋為甚麼有些東西燃燒後會變輕，有些卻會變重。
你在「混合物和化合物」一課已初步比較過這兩種變化，這一課會再深入一點。遇到任何變化，都先問一個大問題：有沒有生成新物質？
1. 物理變化：同一種物質，換個樣子
甚麼是物理變化？
物理變化是沒有生成新物質的變化。物質的化學成分（即物質由甚麼組成）保持不變，改變的只是它的狀態（固態、液態或氣態）、形狀或大小等。
例子：凍檸茶裏的冰塊熔化時，固態的水變成液態的水。由始至終它都是水（H2O），只是粒子可以更自由地移動。
很多物理變化都容易逆轉
冰熔化成水，水又可以凝固變回冰。鹽溶解在水中，把水蒸發掉就可以取回鹽。
但並非所有物理變化都容易逆轉。打碎了的石頭或撕碎了的紙不能輕易復原，但過程中沒有生成新物質，所以它們仍然是物理變化。
重點總結：物理變化＝沒有新物質，化學成分不變。很多（但不是全部）物理變化都容易逆轉。
2. 化學變化：生成了新東西
甚麼是化學變化？
化學變化（又稱化學反應）是一個透過反應而生成新物質的過程。原子會重新排列，以新的方式結合，所以新物質具有不同的性質。
例子：在郊野公園燒烤時，木炭（主要是碳）在空氣中燃燒。碳與氧結合，生成二氧化碳——一種無色的氣體，是全新的物質：
\(\text{碳} + \text{氧} \rightarrow \text{二氧化碳}\)
在這條文字方程式中，左邊是反應物，右邊是生成物（新物質）。
化學變化通常難以逆轉
煎好的蛋不能變回生蛋，燒剩的灰燼和煙也不能重新變回紙張。大部分化學變化都難以逆轉。
化學變化可能已發生的跡象
1. 釋出氣體——出現氣泡或冒泡（稱為泡騰），例如把維他命C泡騰片放進水中。
2. 顏色改變——例如麵包在多士爐裏變成褐色；切開的蘋果在空氣中變成褐色。
3. 能量變化——放出熱和光（例如煤氣爐的火焰），或吸收熱，令東西摸上去變冷。
4. 形成沉澱物——液體中出現不溶的固體，令液體變得混濁，例如用飲管向澄清的石灰水呼氣，石灰水會變成乳白色。
記憶口訣：「氣、色、能、沉」——氣體釋出、顏色改變、能量變化、沉澱物形成。
跡象只是線索，不是證明
有些物理變化也會出現類似的跡象。水沸騰時會冒泡，但氣泡只是水蒸氣；電暖爐的電熱線會發出紅光，但冷卻後仍是同一種金屬。所以一定要檢查：有沒有新物質？
你知道嗎？在中國空間站的「天宮課堂」中，航天員把泡騰片放進一個懸浮的水球裏。泡騰片冒出氣泡——這是化學變化——但在太空中，氣泡留在水球裏面，沒有像在地球上那樣升上來離開水球。
重點總結：化學變化＝生成新物質。釋出氣體、顏色改變、能量變化或形成沉澱物都是有用的線索。
3. 物理變化還是化學變化？為日常過程分類
物理變化（沒有新物質）
熔融（熔化）——固體變成液體，例如牛油在熱鑊中熔化。物質相同，只是狀態不同。
蒸發——液體變成蒸氣，例如濕衣服晾乾。水仍然是水，只是到了空氣中。
蒸餾——把液體煮沸，再把蒸氣冷卻，凝結到另一個容器中，例如從海水得到蒸餾水。過程中只有狀態的改變。
過濾——用過濾器把不溶的固體和液體分開，例如把沙和水分開，或用茶隔隔走茶葉。
把石頭打碎——把石頭打成較細小的碎塊。碎塊變小了，但仍是同一種石頭。
溶解——例如糖溶解在奶茶中。糖仍然存在（奶茶是甜的！）。詳見「溶解」一課。
蒸餾、過濾和蒸發都是分離混合物的物理方法——過程中沒有生成新物質。
化學變化（生成新物質）
燃燒——物質與氧發生反應，放出熱和光，例如木炭或紙張燃燒。過程中會生成二氧化碳等新物質。
氧化作用——物質與氧結合的反應。燃燒和鐵銹蝕都屬於氧化作用。另一個例子：把光亮的銅片放在本生燈火焰中加熱，銅片表面會生成黑色的氧化銅(II)，所以變黑。
鐵銹蝕——鐵慢慢地與氧和水發生反應，生成紅褐色、會剝落的鐵銹。鐵銹很脆弱，不像鐵那樣堅固。想想香港潮濕天氣下海邊的鐵欄杆吧。
\(\text{鐵} + \text{氧} + \text{水} \rightarrow \text{鐵銹}\)
烹調——例如煎蛋（透明的蛋白變成白色固體）或焗蛋糕。過程中生成新物質，食物煮熟了就不能「變回生」。
你知道嗎？鐵銹所佔的空間比原來的鐵大。混凝土裏的鋼筋生銹時會向外推，可以令混凝土爆裂——這是舊樓需要定期維修的原因之一。
難題一則：燃燒中的蠟燭
燃燒中的蠟燭同時出現兩種變化。火焰附近的蠟熔化（物理變化——冷卻後會再凝固）；蠟蒸氣燃燒（化學變化——生成二氧化碳和水蒸氣，並放出熱和光）。所以蠟燭會愈燒愈短。
重點總結：改變狀態、分離、溶解和打碎都是物理變化；燃燒、氧化作用、鐵銹蝕和烹調都是化學變化。
4. 化合物與它的組成元素：鐵、硫和硫化鐵(II)
重點實驗：測試化合物和其組成元素的物理性質。物理性質是不用生成新物質就可以觀察到的性質，例如顏色、外觀，以及會不會被磁鐵吸引。
步驟一：觀察兩種元素
鐵屑——灰色的金屬粉末，會被磁鐵吸引。
硫粉——黃色的非金屬粉末，不會被磁鐵吸引。
步驟二：把它們混和——形成混合物
把鐵屑和硫粉攪拌混和。用放大鏡觀察，仍然可以看到分開的灰色和黃色顆粒。用（以紙包着的）磁鐵就可以把鐵吸走，留下硫。混和是物理變化：每種元素都保留自己的性質。
步驟三：加熱混合物——生成化合物
老師在試管中加熱少量混合物。混合物會發出紅光，即使移走火焰，紅光仍會繼續在混合物中擴散——這個反應放出熱。最後剩下黑色固體。
\(\text{鐵} + \text{硫} \rightarrow \text{硫化鐵(II)}\)
這種黑色固體不會被磁鐵吸引（如果所有鐵都已反應），也再看不到灰色或黃色的顆粒。新物質（FeS）已經生成，所以這是化學變化。
比較結果
鐵：灰色粉末；會被磁鐵吸引
硫：黃色粉末；不會被吸引
混合物：有灰色和黃色顆粒；磁鐵可把鐵吸走
硫化鐵(II)：黑色固體；不會被吸引
結論：化合物的性質與它的組成元素不同。鐵已經以化學方式與硫結合，所以磁鐵不能把它們分開。
安全第一
加熱硫可能產生有毒的二氧化硫。只用少量藥品，戴上安全護目鏡，並在煙櫥內加熱。
重點總結：在混合物中，元素保留各自的性質，可以用物理方法分離；在化合物中，元素以化學方式結合，化合物具有新的性質。
5. 變輕還是變重？燃燒紙張和鋼絲
重點實驗：比較不同物質燃燒前後的質量變化。
實驗方法
把紙張（或一些拉鬆了的鋼絲，即鐵絨）放在耐熱容器中，用電子天平量度質量。把它燃燒或強熱，待冷卻後再量度一次質量。
紙張：質量減少
紙張燃燒時與氧發生反應。大部分生成物都是氣體（二氧化碳和水蒸氣），會散失到空氣中，只剩下少量灰燼，所以質量減少。
\(\text{紙} + \text{氧} \rightarrow \text{二氧化碳} + \text{水}\)
鋼絲：質量增加
鋼絲由很幼的鐵絲組成。加熱時，它會發光和噴出火花，由光亮的灰色變成黑色、易碎的固體。鐵已經與空氣中的氧結合，生成氧化鐵，並留在天平上，所以質量增加。
\(\text{鐵} + \text{氧} \rightarrow \text{氧化鐵}\)
理解實驗結果
兩者都是化學變化，分別在於物質去了哪裏：紙張的生成物是氣體，會離開；鋼絲則有氧加入與鐵結合。
質量不會無故產生或消失。如果在密封容器中燃燒，總質量會保持不變——詳見「化學反應」一課（延展部分）。
重點總結：紙張燃燒後變輕（氣體散失）；鋼絲燃燒後變重（氧加入了）。
常見錯誤
常見錯誤一：「糖消失了，所以溶解是化學變化。」——錯！糖仍然存在，只是分散成微小的粒子。溶解是物理變化。
常見錯誤二：「有氣泡就一定是化學變化。」——錯！水沸騰時也會冒泡，但那只是水蒸氣。
常見錯誤三：「紙張燃燒後質量減少，所以物質被消滅了。」——錯！那些質量變成氣體離開了。
常見錯誤四：「鐵和硫的混合物就是硫化鐵(II)。」——錯！磁鐵可以把鐵從混合物中吸走，但不能從化合物中把鐵吸走。
常見錯誤五：「不能逆轉的變化一定是化學變化。」——錯！打碎的石頭不能復原，但沒有生成新物質，所以是物理變化。
重點回顧
1. 物理變化：沒有新物質；化學成分不變。
2. 化學變化：生成新物質；通常難以逆轉。
3. 線索：「氣、色、能、沉」——氣體、顏色、能量、沉澱物。
4. 物理變化：熔融、蒸發、蒸餾、過濾、把石頭打碎、溶解。化學變化：燃燒、氧化作用、鐵銹蝕、烹調。
5. 硫化鐵(II)是黑色的，不會被磁鐵吸引——化合物的性質與它的組成元素不同。
6. 燃燒紙張：質量減少。燃燒鋼絲：質量增加。
做得好！下次看着飲品裏的冰塊熔化時，問問自己：同一種物質，還是新物質？