إسهامات الكيميائيين في تعرف خصائص الأحماض والقواعد

تعريف الأحماض والقواعد

تعتبر الأحماض والقواعد من المواد الكيميائية الشائعة التي تتفاعل مع بعضها البعض ، وذلك يؤدي إلى تكوين الملح والماء ، وتأتي كلمة حمض من الكلمة اللاتينية acere ، والتي معناها حامض .

نستخدم في حياتنا اليومية الكثير من المركبات التي يطلق عليها العلماء الأحماض ، حيث يحتوي عصير البرتقال على حامض الستريك ، وهو معروف بفيتامين سي ، وعندما يتحول اللبن إلى حامض فنجده يحتوي على حمض اللاكتيك .

يعتبر الحمض ، هو أي مادة تحتوي على الهيدروجين قادرة على التبرع ببروتون أيون الهيدروجين لمادة أخرى ، حيث أن القاعدة عبارة عن جزيء ، أو أيون قادر على قبول أيون الهيدروجين من حمض .

وقد يتم التعرف على المواد الحمضية عن طريق الطعم الحامض لها ، حيث أن الحمض هو في الأساس جزيء يمكنه التبرع بأيون +H ، ومن المعروف أن الأحماض تتحول إلى اللون الأزرق عباد الشمس الأحمر . [1]

خصائص الأحماض

قد تم التعرف على الأحماض باعتبارها فئة مميزة من المركبات التي تظهر محاليلها المائية الخصائص التالية :

• طعم حامض ومميز .
• تغيير لون عباد الشمس من اللون الأزرق إلى اللون الأحمر .
• تتفاعل مع العديد من المعادن لإنتاج H2 الغازي .
• تتفاعل مع القواعد لكي تكون الملح ، والماء .

تحتوي المحاليل الحمضية على درجة حموضة أقل من 7 ، وذلك مع انخفاض قيم الأس الهيدروجيني التي تقابل زيادة الحموضة ، حيث تشمل الأمثلة الشائعة للأحماض حمض الأسيتيك ، والذي يوجد في الخل ، وحمض الكبريتيك الذي يستخدم في بطاريات السيارات ، وأيضًا حمض الطرطريك المستخدم في الخبز . [2]

التعريفات الشائعة للأحماض

يوجد ثلاث تعريفات شائعة للأحماض وهي كالتالي :

• حمض أرهينيوس ، وهو يعني المادة التي تعمل على الزيادة من تركيز أيونات الهيدرونيوم في المحلول .
• حمض برونستد لوري ، والذي يعني المادة التي يمكن أن تعمل كمتبرع بالبروتون .
• حمض لويس ، والذي يعني أنه المادة التي يمكنها أن تقبل زوج من الإلكترونات . [2]

العوامل المؤثرة في قوة الحمض

قد يقوم عاملان أساسيان بالمساهمة في القوة الكلية للحمض ، وهما :

• قطبية الجزيء .
• قوة رابطة HA .

نجد أن العاملان هذان مرتبطان بالفعل كلما زاد الجزيء قطبيًا زادت كثافة الإلكترون داخل الجزيء ، وذلك بعيدًا عن البروتون ، وكلما زادت الشحنة الجزئية الموجبة على البروتون ، كلما كانت رابطة HA أضعف ، وكلما زادت سهولة انفصال البروتون في المحلول .

هذان العاملان مرتبطان بالفعل ، كلما زاد الجزيء قطبيًا ، زادت كثافة الإلكترون داخل الجزيء بعيدًا عن البروتون ، كلما زادت الشحنة الجزئية الموجبة على البروتون ، كلما كانت رابطة HA أضعف ، وكلما زادت سهولة انفصال البروتون في المحلول . [2]

مميزات القواعد

تتميز القواعد بطعم مر وملمس زلق حيث يشار إلى القاعدة التي يمكن إذابتها في الماء باسم القلوي ، حيث عندما تتفاعل هذه المواد بشكل كيميائي مع الأحماض ، فإنها تقوم بإنتاج الأملاح ، ومن المعروف أن القواعد تتحول إلى اللون الأحمر عباد الشمس الأزرق . [1]

تعتبر معظم المعادن القلوية ، وبعض هيدروكسيدات فلز الأرض القلوية ، هي عبارة عن قواعد قوية في المحلول وتشمل هذه :

• هيدروكسيد الصوديوم .
• هيدروكسيد البوتاسيوم .
• هيدروكسيد الليثيوم .
• هيدروكسيد الروبيديوم .
• هيدروكسيد السيزيوم .
• هيدروكسيد الكالسيوم .
• هيدروكسيد الباريوم .
• هيدروكسيد السترونتيوم .

تتفكك هيدروكسيدات الفلزات القلوية بشكل تام في المحلول ، وهيدروكسيدات فلز الأرض القلوية أقل قابلية للذوبان ، ولكنها لا تزال تعتبر قواعد قوية . [2]

إسهامات الكيميائيين في تعرف خصائص الأحماض والقواعد

يعتبر مفهوم أرهينيوس للأحماض والقواعد كالتالي :

• عرف العالم السويدي سفانتي أوجست أرينيوس الأحماض بأنها مواد تعمل على زيادة تركيز أيون +H للماء عند الذوبان فيه .
• تستمر هذه البروتونات في تكوين أيونات الهيدرونيوم من خلال الاندماج مع جزيئات الماء .
• نجد أن تعريف أرينيوس يكون كالتالي أن القواعد هي المواد التي عندما يذوب في الماء وزيادة تركيز -OH الأيونات في ذلك .
• تتمثل إحدى هذه المزايا في أنها تقوم بشرح نجاح التفاعل بين الأحماض ، والقواعد التي تنتج الأملاح ، والماء .
• يتمثل أحد القيود المهمة لتعريفات أرهينيوس للأحماض ، والقواعد في أنه يفشل في شرح كيف تشكل المواد التي تفتقر إلى أيونات الهيدروكسيد محاليل أساسية عن إذابتها في الماء .

ونجد أن نظرية برونستد لوري للأحماض والقواعد كالتالي :

• تعرف نظرية برونستد لوري الحمض باعتباره مانح للبروتونات .
• تعرف القاعدة بأنها متقبل بروتون ، أو مستقبل أيون من خلال هذه النظرية .
• تخضع الأحماض البرونزية من أجل التفكك لإنتاج البروتونات ، وبالتالي زيادة تركيز أيونات +H في المحلول .
• تقبل قواعد برونستد البروتونات من الماء لإنتاج أيونات الهيدروكسيد .
• تتمثل إحدى ميزات تعريف لوري للأحماض ، والقواعد في قدرته على تفسير الطبيعة الحمضية ، أو الأساسية للأنواع الأيونية . [2]

تعتبر نظرية لويس من أهم النظريات من حيث التعميم المتعلق بالأحماض والقواعد الذي قام بتقديمه الكيميائي الأمريكي جيلبرث إن لويس في عام 1923 ، ويعتبر الحمض أنه مركب في تفاعل كيميائي يمكنه أن يربط نفسه بزوج من الإلكترونات غير المشتركة في جزيء آخر . [3]

قوة الأحماض والأحماض القوية

قد تشير قوة الحمض إلى مدى سهولة فقدان الحمض للبروتون ، أو التبرع به ، حيث أنه في الكثير من الأوقات في المحلول يوجد حمض أقوى يتأين ، أو ينفصل بشكل سهل في محلول أكثر من حمض أضعف ، وقد يمكن تصنيف الأحماض الستة القوية الشائعة كالتالي :

• حمض الهيدروكلوريك HCL .
• حمض الهيد وبروميك HBR .
• حمض الهيد ويوديك Hi.
• حمض الكبريتيك فقط البروتون الأول يعتبر حمضي بشكل قوي .
• حمض النيتريك .
• حمض البير كلوريك .

تعتبر كل من تلك الأحماض أساسية في المحلول بنسبة 100٪ بحكم التعريف يعتبر الحمض القوي هو الذي ينفصل بشكل تام عن الماء ، حيث أنه بعبارة أخرى ينتج مول واحد من الحمض القوي العام ، ومول واحد من القاعدة المترافقة مع عدم بقاء أي من حمض HA غير المشبع في المحلول . [4]

يعتبر الحمض الضعيف الذي يكون أقل استعداد للتبرع بالبروتون ، هو الذي ينفصل بشكل جزئي فقط في المحلول ، حيث أنه عند التوازن سيكون كل من الحمض ، والقاعدة المقترنة موجودًا بجانب كمية كبيرة من الأنواع غير المنفصلة . [2]