ساهم الكيميائيون بشكل كبير في فهم خصائص الأحماض والقواعد، وتعتبر الاكتشافات العلمية جزءا هاما وحيويا من تطور حياتنا. نحن في هذا المكان الآن بفضل المساهمات والاكتشافات العلمية التي حدثت في السنوات الماضية وما زالت تحدث حتى اليوم. موقع موسوعة يقدم لكم أهم مساهمات العلماء والخصائص التي تم اكتشافها للمواد، بالإضافة إلى الاستخدامات الحالية للأحماض والقواعد في حياتنا اليومية.
إسهامات الكيميائيين في تعرف خصائص الأحماض والقواعد
- الكيميائيون لعبوا دورا كبيرا في الوصول إلى النتائج العلمية الحالية، وبدأت اكتشافاتهم من خلال العلماء المسلمين الذين قاموا بدراسة المواد واكتشاف خصائصها.
- ولعل من اشهر علماء الكيمياء المسلمين هما: جابر بن حيان، أبو بكر الرازي، محمد بن لاجين، عز الدين الجلدكي، وغيرهم من العلماء الذين ساهموا في اكتشاف وتطوير علم الكيمياء.
- ومن بين المساهمات البارزة للكيميائيين في فهم خصائص المواد الحمضية والقلوية هو استخدامهم لطريقة “ورقة التدرج اللوني” أو “ورقة الـ pH” لتحديد حالة المادة.
- قام الكيميائيون بغمس ورقة تعرضت للشمس في المادة، فإذا تحول لونها للأحمر فهذا يعني أن المادة حمضية .
- إذا تحول لون الورقة للأزرق، فهذا يعني أن المادة الموجودة فيها قلوية.
النظريات المختلفة للأحماض والقواعد
هناك العديد من العلماء الذين قدموا نظريات حول تعريف الأحماض والقواعد بالتفصيل، وذلك على النحو التالي:
سفانت أرهانيوس
- عالم سويدي قدم تعريفا للأحماض بأنها مركبات تحتوي على عنصر الهيدروجين، وعند وضعها في الماء تتحلل وتطلق أيون الهيدروجين في المحلول.
- قدم تعريف القواعد كمركبات تذوب وتتفكك عند وضعها في الماء، مما يؤدي إلى إطلاق أيونات الهيدروكسيد في المحلول.
- وبناء على هذا التعريف، تم توضيح العديد من الأمور المتعلقة بالأحماض والقواعد، ومنها أنه نظرا لإطلاق جميع القواعد أيون الهيدروكسيد في المحلول، وإطلاق الأحماض أيون الهيدروجين في المحلول، فإن الأحماض والقواعد لها خصائص متشابهة.
- كما أنه إذا حدث تفاعل بين الأحماض والقواعد، فإن كل منهما يؤثر على الآخر، حيث يقوم الحمض بضعف تأثير القاعدة والعكس، وهذا ما يعرف بتفاعلات التعادل.
جيلبرت لويس
- وقد تم استخدام أزواج الإلكترونات في تعريف الأحماض والقواعد.
- تم تقديم تعريف للحمض كمركب يتلقى زوجا من الإلكترونات، بينما تم تعريف القاعدة كمركب لديه القدرة على إعطاء زوج الإلكترونات.
برونستد لوري
- هو عالم دنماركي قدم تعريفا للحمض بأنه مادة تسمى متبرع البروتون، وذلك لأنها تطلق أيون الهيدروجين الذي يتشابه في تأثيره مع البروتون نتيجة لفقده للإلكترون.
- تعريف القاعدة هو المادة التي تستقبل أيون الهيدروجين، وبناء على ذلك يتم اعتبار هيدروكسيد الصوديوم قاعدة، لأنها تستطيع استقبال أيون الهيدروجين من الحمض وتنتج الماء.
- وهناك بعض المركبات مثل كلوريد الأمونيوم وثلاثي فلوريد البورون التي لا تحتوي على الهيدروجين ولكنها تمتلك خصائص القواعد، وهذا ما لم يستطع مفهوم برونستد تفسيره.
وبناء على هذه التجارب، اكتشف الكيميائيون الخصائص المميزة لكل من الأحماض والقلويات
خصائص الأحماض التي اكتشفها الكيميائيين
اكتشاف العلماء للأحماض كانت مجرد بداية، حيث عملوا على دراستها وفهم خصائصها المختلفة، لكي يتمكنوا من استغلالها وتوظيف هذه الخصائص لصالح الناس.
تم تعريف الأحماض بأنها مواد كيميائية تتفاعل مع مادة أخرى وتعطيها البروتون، فتزيد من تركيز أيون الهيدروجين في الماء، ويمكن أن تنتج أكثر من زوج من الإلكترونات، وبسبب حموضتها العالية يمكن أن تؤدي إلى تآكل المعادن والأنسجة.
ويمكن تلخيص الخصائص المميزة للأحماض فيما يلي:
- إن الأحماض لها طعم حامضي مميز.
- إذا تم تركها لفترة زمنية، فإنها تسبب التآكل.
- تؤدي إلى تغيير لون ورقة نبات الشمس إلى اللون الأحمر.
- تعتبر الأحماض من المواد الموصلة للكهرباء.
- عند وضع الأحماض مع القلويات، ستتفاعل وتنتج ملحا وماء.
- إذا تفاعلت مع المعادن النشطة مثل: الفلزات القلوية والفلزات القلوية الأرضية والألومنيوم تنتج غاز الهيدروجين H2 وأملاح المعادن.
- عند تذويبها في الماء، تطلق أيونات H+
- عند استخدام “كاشف الفينولفثالين” مع المادة الحمضية، يصبح عديم اللون تماما.
- قيمة درجة الحموضة عندها أقل من السبعة (7)
خصائص القواعد التي اكتشفها الكيميائيين
تم تعريف القواعد بأنها مواد كيميائية تتفاعل مع مادة حامضية وتستقبل منها البروتون، مما يؤدي إلى زيادة تركيز أيون الهيدروكسيد في الماء، وبالتالي يمكن أن يتم إنتاج 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، ستتحول لونها إلى الأزرق.
- إذا تم استخدام كاشف الفينولفثالين في وسط قاعدي، يتحول لونه إلى اللون الوردي.
- عندما تتفاعل القواعد مع الأحماض، تتكون الملح والماء أيضا.
- محاليل القواعد تعتبر موصل للتيار الكهربي.
- عندما يتم إذابة القواعد في المحلول، فإنها تعطي “أيونات الهيدروكسيد OH-
- قيمة الأس الهيدروجيني pH لها دائما قيمة أكبر من السبعة (7)
- إذا زاد تركيز تلك المواد، ستنتج مواد حارقة.
أنواع الأحماض والقواعد
أنواع الأحماض
تنقسم الأحماض إلى نوعين وهما:
- الأحماض القوية: تلك الأحماض التي تتحول إلى أيونات في الماء، وبالتالي تنتج أيونات سالبة وأيونان موجبة، وتصبح قادرة على توصيل التيار الكهربائي، ومن أمثلتها حمض الهيدرويود اليوديد، حمض الهيدروبروميد، حمض البيركلوريك، حمض الكبريتيك، حمض النتريك، حمض الهيدروكلوريك.
- الأحماض الضعيفة: هي الأحماض التي تتحول إلى أيونات في الماء ولكن بشكل جزئي، وتكون قابلية توصيلها للتيار الكهربائي ضعيفة، ومن الأمثلة عليها حمض الهيدروفلوريك والإيثانويك.
أنواع القواعد
تنقسم القواعد إلى نوعين وهما:
- القواعد القوية: هذه هي القواعد التي تتحول بشكل كامل إلى أيونات في الماء وتصبح قادرة على توصيل التيار الكهربائي بقوة. وتنتمي هذه القواعد إلى العناصر في المجموعتين الأولى والثانية من الجدول الدوري. ومن أمثلة هذه القواعد: هيدروكسيد الكالسيوم، هيدروكسيد الباريوم، هيدروكسيد الليثيوم، هيدروكسيد البوتاسيوم، هيدروكسيد الصوديوم.
- القواعد الضعيفة: هي الأملاح التي تتحول إلى أيونات في الماء، لكن بشكل جزئي، وبالتالي تكون قدرتها على توصيل التيار الكهربائي ضعيفة، ومن أمثلة ذلك هيدروكسيد الأمونيوم.
تفاعلات الأحماض والقواعد
عندما تتفاعل الأحماض مع القواعد بنسب متساوية، فإن نسبة أيونات الهيدروكسيد وأيونات الهيدروجين تصبح متساوية أيضا، مما يؤدي إلى تكوين محلول متعادل يحتوي على الملح والماء، وتعرف هذه التفاعلات باسم تفاعلات التعادل، وقد يتكون ثاني أكسيد الكربون نتيجة لهذا التفاعل وفقا لنوع القاعدة المتفاعلة.
وعندما يتفاعل الماء مع منتجات التفاعل، يتكون محاليل حمضية أو قاعدية، وبناء على نوع القاعدة المتفاعلة، يمكن تقسيم تفاعلات الأحماض والقواعد إلى 4 أنواع وهي:
- تفاعل الحمض وأكاسيد المعادن: وهو التفاعل الذي ينتج عنه الماء والملح.
- تفاعل الحمض وهيدروكسيدات المعادن: وهو التفاعل الذي ينتج عنه الأملاح والماء.
- تفاعل الحمض وبيكربونات المعادن: هو التفاعل الذي يؤدي إلى تكوين الماء والملح وثاني أكسيد الكربون.
- تفاعل الحمض وكربونات المعادن: هو التفاعل الذي يؤدي إلى تكوين الماء والملح وثاني أكسيد الكربون.
ماذا يحدث لكل من الاحماض والقواعد خلال التعادل
- عند تعادل الأحماض والقواعد، يتشكل جزيء الماء المتعادل نتيجة تفاعل أيونات الهيدرونيوم مع أيونات الهيدروكسيد.
أهمية الأحماض والقواعد في الصناعة
أولاً: استخدامات الأحماض المختلفة
لقد اكتشف العلماء العديد من الفوائد والاستخدامات للمواد الحمضية، واكتشفوا طرقا عديدة للاستفادة من خواص هذه المواد المميزة .
وتستخدم الأحماض في العديد من الصناعات والمجالات المختلفة، ومن بين أشهر استخداماتها هي الاستخدامات الكيميائية وتتمثل في:
- صناعة الأسمدة.
- صناعة المتفجرات.
- صناعة المواد البلاستيكية.
- صناعة البطاريات الخاصة بالسيارات.
- صناعة المشروبات الغازية.
- صناعة الخل.
- صناعة الدهانات.
- يستخدم حمض الستريك في حفظ الطعام.
- يُستخدم حمض الأسيتيك في حفظ الأغذية.
ثانياً: استخدامات القواعد المختلفة
تدخل القواعد في الكثير من الصناعات منها:
- في صناعة الصابون، تتضمن بعض المواد مثل هيدروكسيد الصوديوم والبوتاسيوم كأحد أهم مكونات صناعة الصابون.
- الهيدروكسيد الصوديوم يستخدم في تنظيف المجاري وصناعة الورق والحرير الصناعي وتقشير الفواكه.
- بسبب قدرتها على حل الدهون، تدخل القلويات في صناعة المنظفات الصناعية المختلفة.
- تدخل في تركيب بعض الأدوية.
- تدخل في صناعة النسيج.
- تؤثر في مستوى حموضة التربة وصناعة الأسمنت وخاصة هيدروكسيد الكالسيوم.
- تدخل في صناعة الأصباغ.
- تستخدم المحاليل القلوية في الصناعات الغذائية مثل إزالة المرارة من الزيتون.
- وتدخل في تحضير بعض الأطباق و الأطعمة الشهيرة مثل : سمك لوتفيسك، و طبق هوميني.
- يتم استخدام هيدروكسيد الأمونيوم في غسيل الملابس من بقع الزيوت والدهون.
- تدخل بيكربونات الصوديوم في صناعة الخبز.
ينبغي أن تكون حذرا عند استخدام المواد القلوية أو الحمضية واتباع إرشادات السلامة والأمان. فالمواد القلوية مثل المواد الكاوية يمكن أن تتسبب في حروق الجلد والأنسجة البشرية إذا تلامست مع الجلد. لذا ينبغي أن تكون حذرا عند استخدامها. وإذا حدث أي تلامس بين سطح الجلد وإحدى هذه المواد، يجب غسلها بالماء فورا لمدة لا تقل عن خمسة عشر دقيقة، ومن الأفضل الذهاب إلى الطوارئ إذا كان الضرر الذي أصاب الجلد خطيرا.
المراجع