إسهامات الكيميائيين في تعرف خصائص الأحماض والقواعد
من المهم في التفاعلات الكيميائية أو في الظروف الحياتية اليومية معرفة نوع المادة التي نستعملها في المختبرات أوحتى في الطهي لنستطيع التعامل معها بالطريقة الصحيحة و المناسبة.
خلال فترة الإغريق القدماء
كانت خصائص الأحماض والقواعد غير مفهومة وأثناء محاولاتهم لتصنيف المواد استخدموا مجموعة متنوعة من الاختبارات لتمييز المركبات.
ومن هذه الطرق الطعم ، ويقسمون المواد على حسب ما إذا كانت حامضة ، أم مرّة ، أم مالحة ، أم حلوة.
بدأوا في الإشارة إلى المواد الحامضة ، مثل الخل أو عصير الليمون ، على أنها أحماض. الكلمتان "حمض" و "أسيتيك" مشتقتان من الكلمة اللاتينية التي تعني "حامض الطعم" ، " أسيري " و من الملفت أن القواعد لم تكم مدروسة جيدًا.
خلال العصر الذهبي الإسلامي وعصر النهضة مع تقدم العلم بدأ الكيميائيون في فهم المزيد عن الأحماض، واكتشفوا أن الحموض القوية يمكن أن تسرع تآكل المعادن وتذوب بعض الصخور.
كان لدى الخيميائيين في العصور الوسطى والإسلاميين مجموعة من الأحماض والقلويات للاختيار من بينها مثل الآتي:
- الصودا (كربونات الصوديوم)
- البوتاس (كربونات البوتاسيوم)
- الأمونيا
- حامض الهيدروكلوريك
- حامض الكبريتيك
- حمض الاسيتيك
- حمض الستريك
- حامض الكبريتيك
في حوالي عام 1300
بدأ العالم الإسباني ، Arnaldus de Villa Nova ، في استخدام عباد الشمس لدراسة الأحماض والقواعد ثم تم توسيع هذه الفكرة بواسطة روبرت بويل الذي وجد أن بعض المواد المشتقة من النباتات تغير لونها في وجود الأحماض أو القواعد،أحد الأمثلة على ذلك هو شراب البنفسج ، وهو أزرق في بيئة متعادلة ولكنه يتحول إلى اللون الأخضر عند تعرضه للقواعد ، والأحمر عند مزجه بالحمض.
في عام 1909
اخترع عالم الكيمياء الحيوية الدنماركي Sören Sörensen مقياس الأس الهيدروجيني لقياس درجة الحموضة. كان Sörensen يدرس نشاط الإنزيمات - البروتينات التي تحفز التفاعلات الكيميائية في الكائنات الحية - ولاحظ أن حموضة المحلول تؤثر على قدرة الإنزيمات على تحفيز التفاعلات، لذلك يعتبر الرقم الهيدروجيني هو طريقة لقياس تركيز أيونات H في المحلول المتاح للمشاركة في التفاعل.
[ H]log - = الرقم الهدروجيني
يتراوح مقياس الأس الهيدروجيني من 0 إلى 14.
- الرقم الهدروجيني من 0 إلى اقل من 7 وسط حامضي (PH
- الرقم الهيدروجيني أكبر من 7 وحتى 14 يكون الوسط قاعدي (PH>7)
- الرقم الهيدروجيني = 7 يكون الوسط متعادلة ( PH=7) [مرجع]
إسهامات الكيميائيين تصنيف العلماء الحموض والقواعد
ومن هذه المرحلة بدأ العديد من العلماء وضع تعريف للحموض و القواعد حسب سلوكهم إلى أن تتابعت الدراسات وأخذت ثلاث تصنيفات رئيسية للأحماض والقواعد وضعها كل من أرهينيوس، برونستد- لوري، ولويس، عَلى النَحو الآتي:
أرهينيوس
كان الكيميائي السويدي، سفانتي أرهينيوس (1859-1927)، الكيميائي التالي الذي درس الأحماض والقواعد
ووضع المفهوم البدائي للأحماض والقواعد:
الأحماض: هي مواد تزيد تركيز أيونات الهيدرونيوم ( H) في المحلول.
القواعد: هي المواد التي تزيد تركيز أيونات الهيدروكسيد (- OH) في المحلول.
على الرغم من أن أرهينيوس ساعد في شرح أساسيات الكيمياء الحمضية و القاعدية ، فإن أفكاره لها حدود فكانت النظرية قاصرة على تفسير سلوك بعض المواد ، مثل الأمونيا (NH3 ) التي تصرفت كقاعدة رغم عدم وجود مجموعة (-OH)
العالمان برونستيد- لوري
في عام 1923، نشر العالم الدنماركي يوهانس برونستد والإنجليزي توماس لوري أوراقًا مستقلة توسع تعريف مفهوم أرهينيوس للأحماض والقواعد
الحمض هو مانح للبروتون أيون ( H)
القاعدة هي مستقبل للبروتون ( H).
تتضمن التفاعلات الحمضية القاعدية مجموعتين من أزواج حمض- قاعدة مترافقة.
كان القصور بهذه النظرية أنها لا تفسر السلوك الحمضي القاعدي في المذيبات غير الحيوية مثل البنزين والديوكسان ولا تستطيع تفسير التفاعلات بين الأكاسيد الحمضية، وكذلك الأكاسيد الأساسية مثل CaO و BaO و MgO وما إلى ذلك والتي تحدث أيضًا حتى في حالة عدم وجود المذيب وفي حالة عدم وجود نقل بروتون في مثل هذه المواد: BF3 و AlCl3 وغيرها الكثير لا تحتوي على هيدروجين وبالتالي لا يمكنها التبرع بالبروتون ولكنها معروفة بأنها تعمل كحامض.
لويس
حيث تعد هذه النظرية الأكثر شمولاً ودقة حيث تنص على أن:
الحمض هو مستقبل لزوج الإلكترونات الغير رابطة ويحتوي على أفلاك فارغة.
القاعدة هي مانحة لزوج الإلكترونات الغير رابطة.
الخواص الكيميائية والفيزيائية للأحماض
الخواص الكيميائية والفيزيائية للأحماض الآتية:
- تتمتع الأحماض بطعم حامِض مثل الفواكه الحمضية التي تحتوي على حمض الستريك ، والخل الذي يحتوي على حمض الخليك، وحمض اللاكتيك في اللبن.
- تحول ورقة دوار الشمس مِن اللون الأزرق إلى اللون الأحمر.
- تنتج فقاعات من غاز الهيدروجين عند تفاعلها مع المعادن.
- الرقم الهيدروجيني (PH) أقل مِن 7
- توصل المحاليل المائية للأحماض تيارًا كهربائيًا بعض الأحماض عبارة عن إلكتروليتات قوية لأنها تتأين تمامًا في الماء وبعضها إلكتروليتات ضعيفة لأنها تتأين بشكل جزئي في الماء.
الخواص الكيميائية والفيزيائية للقواعد
الخواص الكيميائية والفيزيائية للقواعد الآتية:
- مرارة الطعم.
- ملمسها لزج شَبيهًا بالصابون.
- الرقم الهيدروجيني (PH) للقواعد أكبر من 7.
- تحول ورقة عباد الشمس من الأحمر إلى الأزرق.
- المحاليل المائية للقواعد هي أيضًا إلكتروليتات يمكن أن تكون القواعد قوية أو ضعيفة
