إسهامات الكيميائيين في تعرف خصائص الأحماض والقواعد كثيرة، فالاكتشافات العلمية جزء هام وخطير في تطور حياتنا فنحن الآن في هذا المكان بسبب كل مساهمات واكتشافات العلماء التي حدثت منذ سنوات ولا زالت تحدث إلى يومنا هذا. وموقع بحر يقدم لك اهم إسهامات العلماء والخصائص التي اكتشفوها للمواد، بالإضافة إلى الاستخدامات الحالية للأحماض والقلويات في حياتنا اليومية.
إسهامات الكيميائيين في تعرف خصائص الأحماض والقواعد
- إن الكيميائيون كان لهم دور كبير في الوصول إلى كثير من النتائج التي وصل إليها العلم اليوم، وقد بدأت اكتشافات الكيميائيون من خلال العلماء المسلمين والذين قاموا بدور عظيم 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.
- ومن اشهر إسهامات الكيميائيين في التعرف على خصاص المواد الحمضية والقلوية هو استخدامهم لطريقة “ورق تباع الشمس ” أو عباد الشمس في التعرف علي حالة المادة.
- فقد قام الكيميائيين بغمس ورقة تباع الشمس في المادة فإذا تحول لونها للأحمر فهذا يعني أن المادة حمضية .
- وإذا تحول لون الورقة للأزرق فهذا يعنى أن المادة الموضوعة فيها من القلويات.
النظريات المختلفة للأحماض والقواعد
هناك العديد من العلماء ممن قدموا نظريات تناولوا فيها بالتفصيل تعريف الأحماض والقواعد وذلك على النحو التالي:
سفانت أرهانيوس
- وهو عالم سويدي، قدم تعريفًا للأحماض بأنها مركبات بها عنصر الهيدروجين، وعند وضعها في الماء يحدث لها تفكك وتطلق أيون الهيدروجين إلى المحلول.
- كما قدم تعريفًا للقواعد بأنها مركبات توضع في الماء فتذوب وتتفكك، فتُطلق أيونات الهيدروكسيد إلى المحلول.
- وعلى أساس هذا التعريف تم توضيح عدة أمور متعلقة بالأحماض والقواعد، ومنها أنه نظرًا لإطلاق جميع القواعد أيون الهيدروكسيد إلى المحلول، وإطلاق الأحماض لأيون الهيدروجين إلى المحلول، فتُعد الأحماض والقواعد ذوات خصائص متشابهة.
- كما أنه إذا حدث تفاعل بين الأحماض والقواعد فتؤثر كل منهما على الأخرى، حيث يعمل الحمض على إضعاف تأثير القاعدة والعكس، وهي ما يُطلق عليها تفاعلات التعادل.
جيلبرت لويس
- وقد استخدم أزواج الإلكترونات في تعريفه للأحماض والقواعد.
- وقد قدم تعريفًا للحمض بأنه عبارة عن مركب يستقبل زوج الإلكترونات، بينما عرف القاعدة بأنها مركب له القدرة على إعطاء زوج الإلكترونات.
برونستد لوري
- وهو عالم دنماركي قدم تعريفًا للحمض بأنه مادة يُطلق عليها اسم متبرع البروتون، وذلك لأنها تُعطي أيون الهيدروجين الذي يتشابه في فعله مع البروتون نتيجة لفقدانه إلكترونًا.
- وقدم تعريفًا للقاعدة بأنها مادة تستقبل أيون الهيدروجين، وعلى أساس ذلك يتم اعتبار مادة هيدروكسيد الصوديوم من القواعد، وذلك لأنها قادرة على استقبال أيون الهيدروجين من الحمض فتنتج الماء.
- وهناك بعض المركبات مثل كلوريد الأمونيوم وثلاثي فلوريد البورون خالية من الهيدروجين ولكنها تمتلك خصائص القواعد، وهذا ما لم يستطع مفهوم برونستد تفسيره.
وبناء علي هذه التجارب قام الكيميائيين باكتشاف الخصائص المميزة لكلاً من الأحماض والقلويات:
خصائص الأحماض التي اكتشفها الكيميائيين
إن اكتشاف العلماء للأحماض لم تكن سوى البداية، فقد عكفوا على دراستها واستيضاح خصائصها المختلفة، حتى يتمكنوا من استغلالها وتوظيف هذه الخصائص بما ينفع الناس.
وقد تم تعريف الأحماض بأنها مواد كيميائية تتفاعل مع مادة أخرى وتمنحها البروتون، فتؤدي إلى زيادة تركيز أيون الهيدروجين في الماء، فيمكن أن ينتج عنها أكثر من زوج من الإلكترونات، ونظرًا لارتفاع حموضة تلك المواد فيمكنها أن تتسبب في تآكل المعادن والأنسجة.
ويمكن تلخيص الخصائص المميزة للأحماض فيما يلي:
- إن الأحماض لها طعم حامضي مميز.
- إذا تم تركها لفتره فإنها تسبب التأكل.
- تؤدى لتغيير لون ورقة تباع الشمس إلي الأحمر.
- تعتبر الأحماض من المواد الموصلة للكهرباء.
- إذا وضعت الأحماض مع القلويات فإنها تتفاعل وتنتج ملح وماء.
- إذا تفاعلت مع المعادن النشطة مثل: الفلزات القلوية، والفلزات القلوية الأرضية، ومادة الالمونيوم فإنها تقوم بإنتاج غاز الهدروجينH2 وأملاح المعادن.
- إذا تم تذويبها في الماء فإنها تُطلق أيونات H+
- إذا تم استخدام “كاشف الفينولفثالين” مع المادة الحمضية فإنه يصبح عديم اللون تماماً.
- قيمة درجة الحموضة لديها اقل من السبعة (7)
خصائص القواعد التي اكتشفها الكيميائيين
تم تعريف القواعد بأنها مواد كيميائية تتفاعل مع مادة حامضية وتستقبل منها البروتون، فتؤدي إلى زيادة تركيز أيون الهيدروكسيد في الماء، فيمكن أن ينتج عنها أكثر من زوج من الإلكترونات.
إن المواد القاعدية تمتاز عن الحمضية بعدة خصائص هي:
- يمتاز مذاقها بالمرارة.
- لها ملمس ناعم ولزج يشبه ملمس الصابون.
- إذا تم وضع ورقة تباع الشمس الكاشفة في الوسط القاعدي فإن لونها يتحول إلي الأزرق.
- إذا تم استخدام “كاشف الفينولفثالين” في وسط قاعدي فإن لونه يتحول إلي اللون الوردي.
- إذا تفاعلت القواعد مع الأحماض فإنها تنتج الملح والماء أيضاً.
- محاليل القواعد تعتبر موصل للتيار الكهربي.
- عند إذابة القواعد في المحلول فإنها تعطي “أيونات الهيدروكسيد OH-
- قيمة الأس الهيدروجيني pH لها دائماً أكبر من السبعة (7)
- إذا زاد تركيز تلك المواد فينتج عنها مواد حارقة.
أنواع الأحماض والقواعد
أنواع الأحماض
تنقسم الأحماض إلى نوعين وهما:
- الأحماض القوية: وهي الأحماض التي تتحول إلى أيونات في الماء، فينتج عنها أيونات سالبة وأيونان موجبة، وتصبح موصلة للتيار الكهربائي، ومن أمثلتها أحماض يوديد الهيدروجين، بروميد الهيدروجين، البيركلوريك، الكبريتيك، النتريك، الهيدروكلوريك.
- الأحماض الضعيفة: هي الأحماض التي تتحول إلى أيونات في الماء ولكن بشكل جزئي، ويصبح توصيلها للتيار الكهربائي ضعيفًا، ومن الأمثلة عليها أحماض الهيدروفلوريك، الإيثانويك.
أنواع القواعد
تنقسم القواعد إلى نوعين وهما:
- القواعد القوية: هي القواعد التي تتحول إلى أيونات في الماء بشكل كلي، وتصبح موصلة بقوة للتيار الكهربائي، وهي عناصر أول مجموعتين من الجدول الدوري، ومن أمثلتها: هيدروكسيد الكالسيوم، هيدروكسيد الباريوم، هيدروكسيد الليثيوم، هيدروكسيد البوتاسيوم، هيدروكسيد الصوديوم.
- القواعد الضعيفة: هي القواعد التي تتحول إلى أيونات في الماء ولكن بشكل جزئي، ويصبح توصيلها للتيار الكهربائي ضعيفًا، ومن أمثلتها هيدروكسيد الأمونيوم.
تفاعلات الأحماض والقواعد
عند حدوث تفاعل بين الأحماض والقواعد بنسب متساوية تتساوى نسبة أيونات الهيدروكسيد وأيونات الهيدروجين، مما يؤدي إلى إنتاج محلول متعادل متكون من الملح والماء، وتلك التفاعلات يُطلق عليها اسم تفاعلات التعادل، ويمكن أن ينتج من هذا التفاعل ثاني أكسيد الكربون طبقًا لنوع القاعدة المتفاعلة.
وإذا تفاعل الماء مع نواتج التفاعل فينتج محاليل حمضية أو قاعدية، وطبقًا لنوع 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: وهو التفاعل الذي ينتج عنه الماء والملح وثاني أكسيد الكربون.
- تفاعل الحمض وكربونات المعادن: وهو التفاعل الذي ينتج عنه الماء والملح وثاني أكسيد الكربون.
ماذا يحدث لكل من الاحماض والقواعد خلال التعادل
- خلال تعادل الأحماض والقواعد يتكون جزيء الماء المتعادل نتيجة حدوث تفاعل بين أيونات الهيدرونيوم وأيونات الهيدروكسيد.
أهمية الأحماض والقواعد في الصناعة
أولاً: استخدامات الأحماض المختلفة
لقد اكتشف العلماء الكثير من الفوائد والاستخدامات للمواد الحمضية، واكتشفوا طرقاً عديدة للاستفادة من خواص هذه المواد المميزة .
و الأحماض تدخل في الكثير من الصناعات والمجالات المختلفة ، ومن اشهر استخدامات الأحماض هي استخداماتها الكيميائية وتتمثل في:
- صناعة الأسمدة.
- صناعة المتفجرات.
- صناعة المواد البلاستيكية.
- صناعة البطاريات الخاصة بالسيارات.
- صناعة المشروبات الغازية.
- صناعة الخل.
- صناعة الدهانات.
- يتم استخدام حمض الستريك في حفظ الطعام.
- يُستخدم حمض الأسيتيك في حفظ الأغذية.
ثانياً: استخدامات القواعد المختلفة
تدخل القواعد في الكثير من الصناعات منها:
- صناعة الصابون حيث تدخل بعض المواد مثل هيدروكسيد الصوديوم و البوتاسيوم كواحد من اهم مكونات صناعة الصابون.
- كما يدخل هيدروكسيد الصوديوم في تسليك مجاري الصرف الصحي وصناعة الورق والحرير الصناعي وتقشير الفواكه.
- تدخل القلويات في صناعة المنظفات الصناعية المختلفة بسبب قدرتها على حل الدهون.
- تدخل في تركيب بعض الأدوية.
- تدخل في صناعة النسيج.
- تدخل في معادلة حموضة التربة وصناعة الأسمنت وخاصة هيدروكسيد الكالسيوم.
- تدخل في صناعة الأصباغ.
- تستعمل المحاليل القلوية في الصناعات الغذائية مثل عملية إزالة المرارة من الزيتون.
- وتدخل في تحضير بعض الأطباق و الأطعمة الشهيرة مثل : سمك لوتفيسك، و طبق هوميني.
- يُستخدم هيدروكسيد الأمونيوم في تنظيف الملابس من بقع الزيوت والدهون.
- تدخل بيكربونات الصوديوم في صناعة الخبز.
يجب الحذر عند استعمال احد المواد القلوية أو الحمضية و اتباع إرشادات السلامة والأمان،حيث أن المواد القلوية على سبيل المثال مواد أكلة فهي تسبب اكل الجلد والأنسجة البشرية إذا لمست الجلد، ولهذا يجب أن تحذر عند استخدامها، و إذا حدث أي تلامس بين سطح الجلد واحد هذه المواد يجب غسلها بالماء فوراً لمدة لا تقل عن خمسة عشر دقيقة، ويفضل الذهاب إلى الطوارئ إذا كان الضرر الذي أصاب الجلد بالغ.
