تم النشر اليوم 2024/06/16 | 8 من أهم خصائص الأحماض والقواعد .. مواد كيميائية لها أهمية كبيرة

ما هي مفاهيم القواعد والأحماض

إن القواعد والأحماض من المواد الكيميائية التي لها العديد من المفاهيم والتعريفات الخاصة، والتي تميزت عن مفاهيم المواد الأخرى، وهذا ما نجده خلال النقاط التالية، حيث نعرض بعض من أقوال وتعريفات ومفاهيم العلماء عن الأحماض والقواعد:
تعريف روبرت بويل
هذا العالم روبرت بويل هو أول العلماء الذين قاموا بتصنيف المواد الكيميائية وفقاً لخصائصها إلى أحماض وقواعد، وذلك في وقت مبكر في القرن السابع عشر، حيث أطلق على القواعد اسم آخر وهو القلويات، وعدد العديد من الخصائص لهذه القلويات، بينما عرف الأحماض، أنها تلك المواد التي لها خصائص تختص بالحمض، وتؤدي إلى تآكل المعادن المختلفة، وقد توصل إلى هذه المفاهيم الخاصة بالأحماض والقواعد من خلال تجارب معملية على هذه المواد وقد استخرج العديد من الخصائص من هذه التجارب، وقد وضح من خلال هذه الخصائص ما يسمى بسلوك المواد الكيميائية وبالتالي كانت تلك محاولة أولية لمعرفة ما هي القواعد والأحماض.
تعريف سفانت أرهينوس
سفانت أرهينوس ذلك العالم السويدي في أواخر القرن التاسع عشر كتب تعليقاً وتعريفاً عن الأحماض والقواعد، بعد العديد من التجارب على المواد الكيميائية ذات الخصائص المختلفة، وهذه المواد لها العديد من المركبات وبعد تفكيكها إلى ايونات منفردة، وبالتالي فإن هذه المركبات لها خصائص معينة، ولعل من أهم هذه الأيونات والمواد، عنصر الهيدروجين، حيث تتفكك في الماء العديد من الأيونات، وكذلك إذابة حمض الهيدروكلوريك في الماء عبر المعادلة الكيميائية التالية: HCl in H2O → H+ (aq) + Cl-(aq)

وهناك تجارب أخرى قام بها العالم السويدي لمعرفة الأحماض والقواعد ومحاولة وضع تعريفات لها والخصائص لها، منها مثلاً التجارب المعملية على أيونات هيدروكسيد الصوديوم في الماء وذلك من خلال كتابة المعادلة التالية: (aq)-NaOH in H2O → Na+ (aq) + OH
وقد توصل أرهينوس للعديد من الأساسيات للأحماض والقواعد منها مثلاً أن جميع الخصائص متشابهة مع بعضها البعض خاصة بين الأيونات الذائبة في جميع المواد الكيميائية.
كذلك توصل أرهينوس إلى أن كل من الأحماض والقواعد تؤثر على بعضها البعض، بحيث تتفاعل هذه المواد مع بعضها البعض، وبالتالي تصل لتفاعلات خاصة متعادلة، وقد فسر سلوكياتها من خلال بعض التجارب الشبيهة بالتجارب السابقة التي أجراها بويل في القرن السابع عشر، إلا أن محاولات أرهينوس كانت أكثر جدية، وأكثر وضوحاً في النتائج الخاصة للأيونات الخاصة ببعض المواد من القواعد والأحماض.
تعريف برونستد – لوري
من التعريفات الهامة والخاصة والهامة في نفس الوقت هي تجارب وتعريفات كل من العالم الدنماركي يوهانس برونستد والعالم الإنجليزي توماس لوري في عام 1932م من خلال الابحاث الخاصة بهما على الأحماض والقواعد، وقد وجدوا العديد من الخصائص الهامة لهذه المواد الكيميائية الهامة، وقد خلصت النتائج إلى تعريف هذا نصه: “الحمض هو أيّ مادة يُمكنها التبرع بأيون الهيدروجين، ويُسمى غالباً متبرع البروتون؛ لأنَّ أيون الهيدروجين يشبه في تصرفه هذا تصرف البروتون، إذ إنّه يفقد إلكتروناً”
وهذا التعريف السابق يشبه في بعض الجوانب تعريف الأحماض والقواعد الخاص بالعالم السويدي أرهينوس، إلا أنه يختلف عنه تماماً في جوانب كيميائية أخرى، ولعل، التجارب على هيدروكسيد الصوديوم كان الدافع لكتابة هذا التعريف السابق، حيث أجرى العالمان العديد من التجارب حول إذابة الأيونات لهيدروكسيد الصوديوم في الماء وأوضحت هذه التجربة سلوك القواعد والأحماض بشكل جلي، وهذه هي المعادلة التي أجريت في هذا الصدد: HCl + NaHCO3→ H2CO3 + NaCl.

ليس هذا فحسب بل أجريا العديد من التجارب مثل وضع القاعدة لبيكربونات الصوديوم حيث نتج عن التفاعل بين أيون الهيدروجين وحمض الهيدروكلوريك وتم تفكيك بعض الخصائص ومنها مثلاً أن الحمض يتفكك سريعاً بعد إذابته في الماء، ويظهر من خلال الإذابة بعض النتائج الهامة منها إطلاق غاز ثاني أكسيد الكربون، من خلال فقاعات في المحلول.
هذه التفسيرات السلوكية السابقة عن الأحماض جعلت تعريف كل من برونستد ولوري من الأهمية بحيث تكون هي الأهم في هذا الصدد، وقد امتلكوا العديد من التجارب في ذلك ومن أجل تفسير هذه السلوكيات ومنها مثلاً التجارب على ثلاثي فلوريد البورون و التجارب على كلوريد الألومنيوم.
تعريف جيلبرت لويس
وهذا التعريف يخص العالم جيلبرت لويس الذي وضع العديد من القواعد التعريفية للتجارب المختلفة حول تفسير خصائص وسلوكيات الأحماض والقواعد، منها أن الحمض مركب يستقبل زوج الإلكترونات وعلى الرغم من أن هذا التعريف قد يكون مقيداً ببعض التجارب الخاصة دون غيرها إلا أن تفسير تفاعلات الأحماض والقواعد كانت لا تتضمن بعض الروابط التساهمية وبالتالي فسرت العديد من السلوكيات الخاصة بهذه المواد الكيميائية.

أنواع الأحماض والقواعد

هذه المواد الكيميائية لها العديد من الأنواع، والتي تختلف حسب القوة والشدة، منها الأحماض القوية والضعيفة من حيث الشدة، وكذلك القواعد القوية والضعيفة من حيث الشدة، وفي السطور القليلة القادمة نتعرف أكثر على هذه الأنواع بالتفصيل.

أنواع الأحماض
تعد الأحماض من المركبات الكيميائية التي تتميز بالعدد القليل في الطبيعة خاصة القوية منها أما الأحماض الضعيفة فهي المركبات الكيميائية التي لا تتأين أي لا ينتج عنها أيونات عند الإذابة في المحاليل كذلك لا تتفكك في الماء إلا بنسب قليلة، وسنتعرف على كل من الأحماض القوية والضعيفة:
القوية: مثل حمض الهيدروكلوريك – حمض الهيدرويوديك – حمض الهيدروبروميك – حمض النيتريك- حمض الكبريتيك – حمض البيركلوريك.الضعيفة: حمض الهيدروسيانيك- حمض كبريتيد الهيدروجين – حمض الميثانويك – حمض الهيدروفلوريك.
وهذه الأحماض سواء القوية منها أو الضعيفة لها العديد من الخصائص والسلوكيات التي تظهر من خلال الإذابة في الماء أو محاليل أخرى، حيث هناك بعض المواد الكيميائية لا تتأين أي لا يصدر عنها أيونات عند الإذابة.
أنواع القواعد

تنقسم أيضاً بعض القواعد عند إذابتها في الماء او في محاليل خاصة، وتختلف هذه القواعد حسب القوة والضعف إلى:
قواعد قوية: مثل هيدروكسيدات عناصر المجموعة الأولى – هيدروكسيد الليثيوم – هيردروكسيد الصوديوم – هيدروكسيد البوتاسيوم- هيدروكسيد السيزيوم- هيدروكسيد الروبيديوم.قواعد ضعيفة: عناصر هامة مثل الأمونيا – ميثيل أمين – البيريدين.

ما هي خصائص الأحماض والقواعد؟

من خلال التعريفات السابقة يمكن القول أن خصائص الأحماض والقواعد عديدة ومميزة، وسنعرض العديد منها خلال النقاط التالية:
الاختلاف في مذاق المواد الكيميائية، فمذاق الأحماض حامض، وتكون حادة في المذاق، بينما القواعد طعمها مر، ولا يجب على الفرد العادي تذوق هذه المواد بل يتم التعرف على المذاق بطريقة كيميائية خاصة.هناك خصائص للحوامض في تغيير لون عباد الشمس، وهي من التجارب المعملية الخاصة والتي لها أهمية كبيرة في التعريف بالأحماض والقواعد، فالأحماض تغير لون عباد الشمس الزرقاء إلى اللون الأحمر، في المقابل لا تغير القواعد المذابة لون ورقة عباد الشمس، ويظل اللون ثابتاً.العمليات التفاعلية مع الأحماض تختلف مع المعادن النشطة مثل المعادن القلوية والتي لها بعض الخصائص من هذه الناحية الكيميائية، كذلك المعادن القلوية الارضية مثل بعض المعادن الكيميائية مثل الزنك والألمونيوم والتي لها خصائص منها تحرر أيونات الهيدروجين من خلال إذابتها.هناك بعض الخصائص من ناحية الملمس، فالقواعد مثلاً لها ملمس مثل الصابون، ولا يجب لمسها لأنها قد تؤذي الجلد.هناك بعض الخصائص المشتركة بين القواعد والأحماض، ومن هذه الخصائص المشتركة مثلاً هي التفاعل بينهما لإنتاج بعض المواد الكيمائية مثل إنتاج الماء والملح.خصائص المحاليل الناتجة عن مواد الأحماض والقواعد، وهذه المحاليل قادرة على توصيل التيار الكهربي مقارنة بالمحاليل للمواد الكيميائية الأخرى.تسبب الأحماض والقواعد على حد سواء الحروق في اليد أو الجلد عند ملامستها، لذلك يجب الحذر من ذلك.الأحماض والقواعد القوية على حد سواء تسبب التآكل في المعادن في الطبيعة لذلك تميل إلى تآكل المواد وتكوين الصدأ في الكثير من المعادن.

ما هي محاليل الأحماض والقواعد

هناك العديد من المظاهر الهامة التي يجب معرفتها من خلال معرفة خصائص كل من الأحماض والقواعد، فهذه المواد الخاصة والتي لها خصائص مميزة في عالم الكيمياء تدل عليها بشكل خاص المحاليل المذابة، لذلك نتحدث في هذه النقطة على هذه الظاهرة وهي ظاهرة المحاليل الخاصة بالأحماض والقواعد، وسنتعرف على بعض الأمثلة من محاليل الأحماض والقواعد من خلال النقاط التالية:
الأولى: محاليل الأحماض:
مثل حمض الهيدروكلوريك والتي يرمز لها المعادلة تلك -HCl → H+ + Cl ، وكذلك محلول حمض النيتريك وترمز إليه هذه المعادلة: -HNO3 → H+ + NO3، ومحلول حمض الأسيتيك الذي ترمز إليه تلك المعادلة: -CH3COOH → H+ + CH3COO.
الثانية: محاليل القواعد:
فهي الناتجة عن أيونات سالبة من بعض المواد الكيميائية مثل الهيدروكسيد – الاكسيد – الكربونات – البيكربونات، وبالتالي فإن هناك العديد من المحاليل التي لها معادلات معبرة عنها، وهذه المحاليل مثل:
محلول هيدروكسيد الصوديوم، والتي تعبر عنه هذه المعادلة: -NaOH → Na+ + OHمحلول كربونات الصوديوم: -Na2CO3 + H2O → H2CO3 + Na+ + OHمحلول أكسيد الصوديوم: -Na2O + H2O → Na+ + OHمحلول كربونات الصوديوم: -Na2CO3 + H2O → H2CO3 + Na+ + OHمحلول بيكربونات الصوديوم: -NaHCO3 + H2O → H2CO3 + Na+ + OH

ما هو الرقم الهيدروجيني؟

الرقم الهيدروجيني هو مؤشر للتعبير عن مدى حامضية المواد الكيميائية وهو خاص بالأحماض والقواعد على حد سواء، ومثال على ذلك، فإن التعرف على نسبة قياس الحمض، بشكل عالي فهذا يدل عليه الرقم الهيدروجيني والعكس سواء في الأحماض والقواعد على حد سواء، وهذه القياسات تدل عليها النسب التالية:
يدل الصفر على أعلى قيمة في الرقم والقياس الهيدروجيني.النسبة ما بين الصفر حتى العدد رقم 6 يدل على أن المادة حمضية.النسبة من الرقم 8 حتى الرقم 14 يدل على أن المادة الكيميائية لها خصائص قاعدية.الرقم 7 يدل على أن المادة لا حامضية ولا قاعدية أو متعادلة.
وقد خُصص الرقم الهيدروجيني في الكيمياء لقياس هذه المواد وتم تحديد الوظيفة تلك على يد العالم الدنماركي سورين سورينسن في عام 1909م وقد استخدم اللوغاريتمات الرياضية لتكون على أساسها النسبة أو الرقم الهيدروجيني، وقد أطلق على هذا المقياس هذا الرمز PH.

وهناك العديد من الكواشف التي تساعد على استخراج الرقم الهيدروجيني للأحماض والقواعد ومن هذه الكواشف: أزرق الثايمول ( تحول أول)- برتقالي الميثيل- أخضر البروموكريسول- أحمر الميثيل- فينول فثالين- أزرق الثايمول ( تحول ثاني)- أزرق البروموثايمول- أحمر الفينول.
ويتم استخدام هذه الكواشف من قبل العلماء والباحثين في المعامل لمعرفة الرقم الهيدروجيني من خلال ظهور الألوان في الحمض وفي القواعد وبالتالي قياس النسبة الهيدروجينية لكل مادة على حدة ونسبتها بحسب اللون.

الأحماض والقواعد

الأحماض والقواعد من المواد الكيميائية التي لها خصائص مميزة، ولها أهمية كبيرة في علم الكيمياء، فما هي تلك المواد وما هي أهميتها وتعريفها وخصائصها وغيرها من المعلومات حولها؟ هذا ما نتعرف عليه في هذا المقال الشامل الذي نخوض به رحلة شيقة في عالم الكيمياء الممتع، فهيا بنا إذن.

استخدامات هامة للأحماض والقواعد في الحياة العملية

الكيمياء لها ضرورة حياتية هامة، فهي من العلوم التي يمكن الاستفادة منها بشكل كبير، ومن المواد لها استخدامات كبيرة في الحياة الأحماض والقواعد، وفيما يلي نتعرف على بعض من هذه الاستخدامات في الحياة العملية:
يستخدم حمض الأسيتيك وهو من المواد الحامضية الهامة في بعض الصناعات مثل صناعة الخل والذي يستخدم في حفظ الأغذية وتطهيرها وفي الاستخدامات الأخرى الخاصة بالخل.

حمض الستريك يعتبر أساس لصناعة عصير البرتقال والليمون واستخداماته العديدة في حفظ الطعام وتطهيره من الفيروسات والبكتريا.
حمض الهيدروكلوريك الهام يستخدم في بعض الصناعات ولعل أهمها صناعة الصلب وتنظيف الصفائح المعدنية وغيرها.
حمض الكبريتيك، يعتبر من أهم الأحماض التي تستخدم في العديد من الصناعات مثل صناعة البطاريات المستخدمة في السيارات، وإذا تم إضافة حمض النيتريك على حمض الكبرتيك، فيمكن استخدامه في بعض الصناعات الهامة مثل صناعة المتفجرات والأسلحة، والأصباغ والدهانات والاسمدة الزراعية وغيرها.
يستخدم حمض الفوسفوريك في صناعة المشروبات الغازية.
تستخدم بيكربونات الصوديوم في بعض الصناعات ولعل من أهمها ما يعرف بصناعة صودا الخبز المستخدمة في وصفات المخبوزات.
يستخدم هيدروكسيد الكالسيوم وهو من القواعد الهامة في صناعة الجير المطفأ وهو عنصر أساسي في صناعة المساحيق المختلفة ويستخدم كوسيلة هامة في معادلة التربة التي تعاني من العناصر الحمضية و ظاهرة الحموضة التي تؤثر في نمو بعض المحاصيل الزراعية، كما يتم دخوله في صناعات مثل الدهانات والبويات، وكذلك يتم استخدامه في الملاط المستخدم بين الطوب أثناء البناء.
هيدروكسيد الصوديوم يستخدم في بعض الصناعات الهامة مثل صناعة الحرير الصناعة وصناعة الورق والصابون كما يمكن استخدامه كعامل مساعد في عملية تقشير الفواكه.
هيدروكسيد المغنسيوم يتم استخراج منه ما يعرف حليب المغنيسيا والذي يستخدم كعلاج مضاد للحموضة وتعادل المواد القلوية وغير القلوية في المعدة، كما يمكن استخدامه كملين للمعدة.
هيدروكسيد الأمونيوم وهو أحد المواد الهامة التي تستخدم في المختبرات الكيميائية.
تعتبر القواعد والأحماض من أهم المواد الكيميائية التي لها أسس عديدة في عالم الكيمياء، وقد تعرفنا العديد من المعلومات في هذا المقال تفصيلياً، على أنواع هذه المواد، والمحاليل الخاصة بها، واستخداماتها في الحياة العملية، هذا إلى جانب معرفة المعادلات الكيميائية الخاصة بكل محلول والتعريفات الخاصة التي وضعها العلماء في معرفة الأحماض والقواعد، وقد قدمناها لكل عشاق عالم الكيمياء الممتع، شاركنا الرأي هل كنت تعرف هذه المعلومات الكيميائية؟