لقد قدم الكيميائيون العديد من المساهمات المهمة في فهم خصائص الأحماض والقواعد، وتعتبر الاكتشافات العلمية جزءًا هامًا وخطيرًا في تطور حياتنا، فنحن نعيش الآن في هذا العالم بسبب كل مساهمات واكتشافات العلماء التي حدثت منذ سنوات ولا تزال تحدث حتى اليوم. ويقدم موقع الموسوعة أهم إسهامات العلماء والخصائص التي اكتشفوها للمواد، بالإضافة إلى الاستخدامات الحالية للأحماض والقواعد في حياتنا اليومية.
إسهامات الكيميائيين في تعرف خصائص الأحماض والقواعد
- لعب الكيميائيون دورًا كبيرًا في الكشف عن العديد من النتائج التي تم التوصل إليها في العلم الحديث. بدأت اكتشافات الكيميائيين عبر العلماء المسلمين الذين قاموا بدور كبير في دراسة المواد وحالاتها واكتشاف خصائصها.
- ولعل من اشهر علماء الكيمياء المسلمين هما: جابر ابن حيان، أبو بكر الرازي، محمد بن لاجين، عز الدين الجلدكي، وغيرهم من العلماء الذين ساهموا في اكتشاف وتطوير الكيمياء.
- استخدم الكيميائيون طريقة “ورق تباع الشمس” أو عباد الشمس للتعرف على خصائص المواد الحمضية والقلوية، وهي إحدى أشهر إسهاماتهم في هذا المجال.
- قام الكيميائيون بغمس ورقة تباع الشمس في المادة، وإذا تحول لونها إلى الأحمر فهذا يدل على أن المادة حمضية .
- في حال تحول لون الورقة إلى اللون الأزرق، فهذا يشير إلى احتواء المادة الموضوعة فيها على القلويات.
النظريات المختلفة للأحماض والقواعد
قدم العديد من العلماء نظريات تعريف الأحماض والقواعد بتفصيل، وذلك على النحو التالي:
سفانت أرهانيوس
- قدم العالم السويدي تعريفًا للأحماض كمركبات تحتوي على عنصر الهيدروجين، وعند وضعها في الماء تتفكك وتطلق أيون الهيدروجين إلى المحلول.
- تم تعريف القواعد على أنها مركبات تتفكك وتذوب في الماء، وتطلق أيونات الهيدروكسيد في المحلول.
- بناءً على هذا التعريف، تم توضيح عدة نقاط متعلقة بالأحماض والقواعد، ومنها أن جميع القواعد تطلق أيون الهيدروكسيد في المحلول، وجميع الأحماض تطلق أيون الهيدروجين في المحلول، وبالتالي فإن الأحماض والقواعد لها خصائص متشابهة.
- عند حدوث تفاعل بين الأحماض والقواعد، يؤثر كل منهما على الآخر، حيث يضعف الحمض تأثير القاعدة والعكس، ويُعرف ذلك بتفاعلات التعادل.
جيلبرت لويس
- استخدم أزواج الإلكترونات لتعريف الأحماض والقواعد.
- تم تعريف الحمض بأنه مركب يستقبل زوجًا من الإلكترونات، بينما تم تعريف القاعدة بأنها مركب يمنح زوجًا من الإلكترونات.
برونستد لوري
- صائب رزق، العالم الدنماركي، قدم تعريفًا للحمض على أنه مادة تُعرف باسم متبرع البروتون، وذلك لأنه يطلق أيون الهيدروجين الذي يتشابه في فعله مع البروتون نتيجة فقدانه لإلكترون.
- يتم تعريف القاعدة على أنها مادة تستقبل أيون الهيدروجين، ويتم اعتبار مادة هيدروكسيد الصوديوم من القواعد لأنها تستطيع استقبال أيون الهيدروجين من الحمض وتتحول إلى الماء.
- توجد بعض المركبات الخالية من الهيدروجين مثل كلوريد الأمونيوم وثلاثي فلوريد البورون، ولكنها لا تزال تمتلك خصائص القواعد، وهذا ما لم يتمكن مفهوم برونستد من تفسيره.
وبناءً على هذه التجارب، تم اكتشاف الخصائص المميزة لكل من الأحماض والقواعد الكيميائية:
خصائص الأحماض التي اكتشفها الكيميائيين
لم يكن اكتشاف الأحماض من قبل العلماء سوى البداية، حيث عملوا على دراسة هذه الأحماض واستكشاف خصائصها المختلفة، حتى استطاعوا استغلالها وتوظيف هذه الخصائص لصالح الناس.
تعرف الأحماض على أنها مواد كيميائية تتفاعل مع مواد أخرى وتعطيها بروتون، وتزيد من تركيز أيون الهيدروجين في الماء، وتؤدي إلى إصدار أكثر من زوج من الإلكترونات، وترتفع حموضة تلك المواد، ويمكن أن تتسبب في تآكل المعادن والأنسجة.
ويمكن تلخيص الخصائص المميزة للأحماض فيما يلي:
- إن الأحماض لها طعم حامضي مميز.
- إذا تم تركها لفترة طويلة، فإنها تتسبب في التآكل.
- يؤدي إلى تغيير لون ورقة نبات التباع الشمسي إلى اللون الأحمر.
- تعتبر الأحماض من المواد الموصلة للكهرباء.
- عند وضع الأحماض مع القلويات، تتفاعل وتنتج ملحًا وماءً.
- إذا تفاعلت مع المعادن النشطة مثل: تنتج المعادن القلوية والمعادن القلوية الأرضية ومادة الألومنيوم غاز الهيدروجين H2 وأملاح المعادن.
- عندما تذوب في الماء، فإنها تفرز أيونات H+
- يصبح “كاشف الفينولفثالين” عديم اللون تمامًا عند استخدامه مع المادة الحمضية.
- قيمة درجة الحموضة لديها اقل من السبعة (7)
خصائص القواعد التي اكتشفها الكيميائيين
تُعرف القواعد على أنها مواد كيميائية تتفاعل مع المواد الحمضية وتتلقى منها بروتونات، مما يؤدي إلى زيادة تركيز أيون الهيدروكسيد في الماء، ويمكن أن ينتج عن ذلك أكثر من زوج من الإلكترونات.
إن المواد القاعدية تمتاز عن الحمضية بعدة خصائص هي:
- يمتاز مذاقها بالمرارة.
- لديها ملمس ناعم ولزج يشبه ملمس الصابون.
- إذا وضعت ورقة تباع الشمس الكاشفة في الوسط القاعدي، فإن لونها يتغير إلى اللون الأزرق.
- في حال استخدام “كاشف الفينولفثالين” في وسط قاعدي، فإن لونه يتحول إلى اللون الوردي.
- عند تفاعل الأحماض مع القواعد، فإنها تنتج الماء والملح أيضاً.
- محاليل القواعد تعتبر موصل للتيار الكهربي.
- عند تذويب القواعد في المحلول، تطلق أيونات الهيدروكسيد OH-
- قيمة الأس الهيدروجيني pH لها دائماً أكبر من السبعة (7)
- إذا زاد تركيز تلك المواد، سيتم إنتاج مواد حارقة.
أنواع الأحماض والقواعد
أنواع الأحماض
تنقسم الأحماض إلى نوعين وهما:
- الأحماض القوية: هذه هي الأحماض التي تتحول إلى أيونات في الماء، حيث تشكل أيونات سالبة وأيونات موجبة، وتصبح قادرة على توصيل التيار الكهربائي، ومن بين هذه الأحماض: حمض اليوديد الهيدروجيني، حمض البروميد الهيدروجيني، حمض البيركلوريك، حمض الكبريتيك، حمض النتريك، وحمض الهيدروكلوريك.
- الأحماض الضعيفة: الأحماض التي تتحول إلى أيونات في الماء بشكل جزئي تصبح توصيلها للتيار الكهربائي ضعيفًا، وهي، على سبيل المثال، الأحماض الهيدروفلوريك والإيثانويك.
أنواع القواعد
تنقسم القواعد إلى نوعين وهما:
- القواعد القوية: القواعد التي تتحول إلى أيونات في الماء بشكل كامل وتصبح موصلة بشدة للتيار الكهربائي، هي العناصر التي تنتمي للمجموعتين الأولى والثانية في الجدول الدوري، ومن أمثلة هذه العناصر: هيدروكسيد الكالسيوم، هيدروكسيد الباريوم، هيدروكسيد الليثيوم، هيدروكسيد البوتاسيوم، وهيدروكسيد الصوديوم.
- القواعد الضعيفة: تشير هذه القواعد إلى المركبات التي تتحول إلى أيونات في الماء بشكلٍ جزئي، وتصبح قابلة للتوصيل الكهربائي بشكلٍ ضعيف، ومن أمثلتها هيدروكسيد الأمونيوم.
تفاعلات الأحماض والقواعد
عندما يحدث تفاعل بين الأحماض والقواعد بنسب متساوية، تتعادل نسبة أيونات الهيدروكسيد وأيونات الهيدروجين، مما يؤدي إلى تكوّن محلول متعادل من الملح والماء. ويُسمّى هذا النوع من التفاعلات تفاعلات التعادل، وقد ينتج منها ثاني أكسيد الكربون حسب نوع القاعدة المتفاعلة.
عندما يتفاعل الماء مع نتائج التفاعل، يتكون محاليل حمضية أو قاعدية، وحسب نوع القاعدة المتفاعلة، يمكن تصنيف تفاعلات الأحماض والقواعد إلى أربعة أنواع وهي:
- تفاعل الحمض وأكاسيد المعادن: هو التفاعل الذي يؤدي إلى تكوين الماء والملح.
- تفاعل الحمض وهيدروكسيدات المعادن: هو التفاعل الذي يؤدي إلى تكوين الأملاح والماء.
- تفاعل الحمض وبيكربونات المعادن: وهو التفاعل الذي يتكون منه الماء والملح وثاني أكسيد الكربون.
- تفاعل الحمض وكربونات المعادن: وهو التفاعل الذي يتكون منه الماء والملح وثاني أكسيد الكربون.
ماذا يحدث لكل من الاحماض والقواعد خلال التعادل
- يتكون جزيء الماء المتعادل خلال تعادل الأحماض والقواعد، نتيجة تفاعل بين أيونات الهيدرونيوم وأيونات الهيدروكسيد.
أهمية الأحماض والقواعد في الصناعة
أولاً: استخدامات الأحماض المختلفة
يوجد العديد من الفوائد والاستخدامات للمواد الحمضية واكتشف العلماء طرقًا عديدة للاستفادة من خواص هذه المواد المميزة .
تستخدم الأحماض في العديد من الصناعات والمجالات المختلفة، وتتضمن استخداماتها الكيميائية استخدامات مثل:
- صناعة الأسمدة.
- صناعة المتفجرات.
- صناعة المواد البلاستيكية.
- صناعة البطاريات الخاصة بالسيارات.
- صناعة المشروبات الغازية.
- صناعة الخل.
- صناعة الدهانات.
- يتم استخدام حمض الستريك لحفظ الطعام.
- يُستخدم حمض الأسيتيك في حفظ الأغذية.
ثانياً: استخدامات القواعد المختلفة
تدخل القواعد في الكثير من الصناعات منها:
- في صناعة الصابون، يتم استخدام بعض المواد مثل هيدروكسيد الصوديوم والبوتاسيوم كأحد المكونات الأساسية لصنع الصابون.
- يستخدم هيدروكسيد الصوديوم في تسليك مجاري الصرف الصحي وصناعة الورق والحرير الاصطناعي وتقشير الفواكه.
- تستخدم القلويات في صناعة مجموعة متنوعة من المنظفات الصناعية بسبب قدرتها على حل الدهون.
- تدخل في تركيب بعض الأدوية.
- تدخل في صناعة النسيج.
- تتأثر حموضة التربة وصناعة الأسمنت بشكل خاص بوجود هيدروكسيد الكالسيوم.
- تدخل في صناعة الأصباغ.
- تستخدم المحاليل القلوية في العديد من الصناعات الغذائية، مثل عملية إزالة المرارة من الزيتون.
- وتدخل في تحضير بعض الأطباق و الأطعمة الشهيرة مثل : سمك لوتفيسك، و طبق هوميني.
- يستخدم هيدروكسيد الأمونيوم في غسيل الملابس لإزالة بقع الزيوت والدهون.
- تدخل بيكربونات الصوديوم في صناعة الخبز.
يجب أن يتم اتباع إرشادات السلامة والأمان عند استخدام المواد القلوية أو الحمضية، حيث أن المواد القلوية، على سبيل المثال، قد تتسبب في حدوث آفات على الجلد والأنسجة البشرية عند لمسها، ولذلك يجب توخي الحذر في استخدامها. وإذا حدث أي تلامس بين سطح الجلد وأحد هذه المواد، يجب غسلها بالماء على الفور لمدة لا تقل عن خمسة عشر دقيقة، ويفضل الذهاب إلى الطوارئ إذا كانت الآفة التي أصابت الجلد خطيرة.
المراجع
