الأحماض والقواعد هي مواد كيميائية شائعة تتميز بتفاعلاتها المتبادلة التي تؤدي إلى تكوين الملح والماء. كلمة “حمض” تنحدر من أصل لاتيني تعني “حامض”. في حياتنا اليومية، نستخدم العديد من المركبات التي تصنف كأحماض وفقًا لما يتضمنه التعريف العلمي. في هذا المقال، سنسلط الضوء على إسهامات العلماء في فهم خصائص الأحماض والقواعد.
إسهامات العلماء في دراسة خصائص الأحماض والقواعد
تعددت تعاريف الأحماض والقواعد التي قدمها العلماء، حيث توصلوا إلى ثلاث تصنيفات رئيسية في هذا المجال، والتي نستعرضها فيما يلي:
1- أرهينيوس
قام الكيميائي السويدي سفانتي أرهينيوس بدراسة الأحماض والقواعد ووضع مفهومًا ابتدائيًا لها على النحو التالي:
- الأحماض: تعتبر مواد تزيد من تركيز أيونات الهيدرونيوم (+H) في المحلول.
- القواعد: هي المواد التي تزيد تركيز أيونات الهيدروكسيد (-OH) في المحلول.
على الرغم من إسهاماته في توضيح أساسيات الكيمياء الحمضية والقاعدية، إلا أن مفاهيم أرهينيوس كانت محدودة، حيث عجزت عن تفسير سلوك بعض المركبات مثل الأمونيا (NH3) التي عملت كقاعدة دون أن تحتوي على مجموعة (-OH).
2- العالمان برونستيد-لوري
في عام 1923، نشر العالمان الدنماركي يوهانس برونستيد والإنجليزي توماس لوري أوراقًا علمية مستقلة موسعة من تعريفات أرهينيوس كما يلي:
- الحمض: يُعرف بأنه مودع للبروتون (+H).
- القاعدة: تُعرف بأنها مستقبل للبروتون (+H).
تشمل التفاعلات الحمضية-القاعدية مجموعة من أزواج الحمض-القاعدة المترافقة. ومع ذلك، فإن هذه النظرية لم تكن كافية لتفسير السلوك الحمضي والقاعدي في المذيبات غير العضوية مثل الديوكسان والبنزين، كما أنها لم تفسر جيدًا التفاعلات بين الأكاسيد الحمضية والأساسية مثل CaO و BaO و MgO، والمركبات الأخرى.
هذه التفاعلات تحدث أيضًا في ظل غياب المذيبات وعدم وجود نقل لبروتونات في مواد أخرى مثل BF3 و AlCl3، على الرغم من أنها معروفة بكونها أحماض رغم عدم احتوائها على الهيدروجين.
3- لويس
تعتبر هذه النظرية الأكثر شمولًا ودقة، حيث تصف ما يلي:
- الحمض: هو مستقبل لزوج من الإلكترونات غير المتزاوجة ويمتلك أفلاكاً فارغة.
- القاعدة: هي مانحة لزوج من الإلكترونات غير المتزاوجة.
الخواص الكيميائية والفيزيائية للأحماض
تمتاز الأحماض بخصائص كيميائية وفيزيائية مميزة، وهي على النحو التالي:
- تمكّن المحاليل المائية للأحماض من توصيل التيار الكهربائي، حيث يعتبر بعضها إلكتروليتات قوية تتأين تمامًا في الماء، بينما يعد البعض الآخر إلكتروليتات ضعيفة تتأين جزئيًا.
- تتميز الأحماض بمذاق حامض كالحمضيات التي تحتوي على حمض الستريك، والخل الذي يتضمن حمض الخليك، وحمض اللاكتيك الموجود في اللبن.
- تغير ورقة عباد الشمس من اللون الأزرق إلى الأحمر في وجود الأحماض.
- تنتج فقاعات من غاز الهيدروجين عند تفاعل الأحماض مع المعادن.
- تكون قيمة الرقم الهيدروجيني (PH) أقل من 7.
الخواص الكيميائية والفيزيائية للقواعد
تتميز القواعد أيضًا بخواص كيميائية وفيزيائية معينة، وهي كما يلي:
- تشكل المحاليل المائية للقواعد إلكتروليتات تتراوح من قوية إلى ضعيفة.
- تحمل طعمًا مرًا.
- تمتاز بملمسها اللزج مشابهًا لملمس الصابون.
- تكون قيمة الرقم الهيدروجيني (PH) أكبر من 7.
- تغير ورقة عباد الشمس من اللون الأحمر إلى الأزرق عند التفاعل مع القواعد.
تعتبر معظم المعادن قلوية، وبعض هيدروكسيدات الفلزات القلوية تصنف كقواعد قوية في المحلول، وأبرزها تشمل:
- هيدروكسيد البوتاسيوم.
- هيدروكسيد الليثيوم.
- هيدروكسيد الروبيديوم.
- هيدروكسيد الصوديوم.
- هيدروكسيد الباريوم.
- هيدروكسيد السترونتيوم.
- هيدروكسيد السيزيوم.
- هيدروكسيد الكالسيوم.
تتفكك هيدروكسيدات الفلزات القلوية بشكل كامل في المحاليل، بينما تكون هيدروكسيدات الفلزات الأرضية القلوية أقل قابلية للذوبان لكنها تظل قوية.
قبل اكتشاف خصائص الأحماض والقواعد، كان هناك طيف واسع من المحاولات لتصنيف المواد باستخدام باقة متنوعة من التجارب، مثل تمييزها من حيث الطعم، مما دفعهم لتصنيفها إلى مركبات حامضة أو مرة أو مالحة أو حلوة.