تُعد الأحماض والقواعد من المركبات الكيميائية الأساسية التي تتفاعل مع بعضها، مما يؤدي إلى تكوين الملح والماء. اشتُق اسم “حمض” من الكلمة اللاتينية بمعنى “حامض”، ويستخدم في حياتنا اليومية العديد من المركبات التي يُطلق عليها العلماء أحماض. سنستعرض عبر موقعنا إسهامات العلماء في فهم خصائص الأحماض والقواعد.
إسهامات العلماء في التعرف على خصائص الأحماض والقواعد
قام العديد من العلماء بتقديم تعريفات للأحماض والقواعد بناءً على سلوكها، وتم تصنيفها إلى ثلاثة تصنيفات رئيسية على النحو التالي:
1- أرهينيوس
درس الكيميائي السويدي سفانتي أرهينيوس الأحماض والقواعد، وقد وضع تعريفًا ابتدائيًا لها كما يلي:
- الأحماض: هي مواد تساهم في زيادة تركيز أيونات الهيدرونيوم (+H) في المحلول.
- القواعد: هي المواد التي تزيد من تركيز أيونات الهيدروكسيد (-OH) في المحلول.
رغم أن أرهينيوس قدم أساسيات الكيمياء الحمضية والقاعدية، إلا أن أفكاره كانت محدودة في نطاق تفسير سلوك بعض المواد، مثل الأمونيا (NH3) التي تصرفت كقاعدة على الرغم من عدم احتوائها على مجموعة (-OH).
2- العالمان برونستيد-لوري
في عام 1923، قام العالمان الدنماركي يوهانس برونستيد والإنجليزي توماس لوري بنشر دراسات مستقلة وسعوا من خلالها لتعريف الأحماض والقواعد، وكان تعريفهما كالتالي:
- الحمض: هو مانح للبروتون (+H).
- القاعدة: هي مستقبل للبروتون (+H).
تمتاز التفاعلات الحمضية القاعدية بوجود مجموعتين من أزواج الحمض-القاعدة المترافقة، ولكن هذه النظرية لم تفسر السلوك الحمضي القاعدي في المذيبات غير العضوية مثل الديوكسان والبنزين، كما لم تستطع تفسير التفاعلات بين الأكاسيد الحمضية والأساسية مثل CaO و BaO و MgO. تجري هذه التفاعلات حتى في غياب المذيب وعند عدم انتقال البروتون، كما هو الحال في مواد مثل BF3 و AlCl3 وغيرها التي تفتقر إلى الهيدروجين، ومع ذلك تعرف بأنها تعمل كأحماض.
3- لويس
تعتبر نظرية لويس الأكثر شمولاً ودقة، إذ تنص على ما يلي:
- الحمض: هو مستقبل لزوج من الإلكترونات غير الرابطة ويحتوي على مدارات إلكترونية فارغة.
- القاعدة: هي مانحة لزوج من الإلكترونات غير الرابطة.
الخصائص الكيميائية والفيزيائية للأحماض
يمتاز الأحماض بمجموعة من الخصائص الكيميائية والفيزيائية، منها:
- توصيل المحاليل المائية للأحماض للتيار الكهربائي؛ حيث تعد بعض الأحماض إلكتروليتات قوية لأنها تتأين بالكامل في الماء، بينما تمتاز الأخرى بكونها إلكتروليتات ضعيفة تتأين جزئياً.
- تتمتع الأحماض بطعم حامض، مثل الفواكه الحمضية التي تحتوي على حمض الستريك، والخل الذي يحتوي على حمض الخليك، وحمض اللاكتيك الموجود في اللبن.
- تغير لون ورقة عباد الشمس من الأزرق إلى الأحمر.
- تقوم بإنتاج فقاعات من غاز الهيدروجين عند تفاعلها مع المعادن.
- تكون قيمة الرقم الهيدروجيني (PH) لها أقل من 7.
الخصائص الكيميائية والفيزيائية للقواعد
تحتوي القواعد على خصائص كيميائية وفيزيائية معينة، ومن أبرزها:
- المحاليل المائية للقواعد تُعتبر أيضاً إلكتروليتات، ويمكن أن تكون القواعد قوية أو ضعيفة.
- تمتاز بطعمها المر.
- ملمسها لزج يشبه الصابون.
- تكون قيمة الرقم الهيدروجيني (PH) لها أكبر من 7.
- تقوم بتغيير لون ورقة عباد الشمس من الأحمر إلى الأزرق.
تشمل معظم المعادن القلوية، وبعض هيدروكسيدات الفلزات القلوية التي تُعتبر قواعد قوية في المحلول، ومن هذه الهيدروكسيدات:
- هيدروكسيد البوتاسيوم.
- هيدروكسيد الليثيوم.
- هيدروكسيد الروبيديوم.
- هيدروكسيد الصوديوم.
- هيدروكسيد الباريوم.
- هيدروكسيد السترونتيوم.
- هيدروكسيد السيزيوم.
- هيدروكسيد الكالسيوم.
تتأين هيدروكسيدات الفلزات القلوية بشكل كامل في المحلول، وتبقى هيدروكسيدات فلزات الأرض القلوية أقل ذوبانًا ولكنها تُعتبر أيضًا قواعد قوية.
في الماضي، كانت خصائص الأحماض والقواعد غير مفهومة تماماً، وخلال محاولاتهم لتصنيف المواد، اعتمد العلماء على مجموعة متنوعة من الاختبارات لتمييز المركبات، بما في ذلك الطعم، حيث تم تصنيف المواد بناءً على كونها حامضة أو مرة أو مالحة أو حلوة.