بحث عن الأحماض والقواعد

الأحماض والقواعد

الأحماض والقواعد، من أشهر المُركّبات الكيميائيّة على الإطلاق، وهي متوفرة بصورتين، إمّا طبيعية أو صناعية، والجدير ذكره أنّ الأحماض والقواعد تنتشر من حولنا بكثرة، سواءً على شكل أحماض وقواعد موجودة في الطعام والشّراب، أو على شكل أحماض وقواعد صناعيّة، وتختلف الطبيعية عن الصناعية بأنّ الطبيعيّة تكون ذات أصلٍ عضوي، أما الصناعية فهي ذات أصل معدني.

الأحماض والقواعد :-

الأحماض والقواعد لها أهمية كبرى في الحياة اليومية والعملية والصناعية فحمضية المياه المستخدمة لها أثر كبير على الإنسان والحيوان والأرض الزراعية والمباني فدراسة البيئة والأمطار الحمضية أصبحت محل اهتمام الكثير من العلماء في وقتنا الحاضر، تستخدم بعض الأحماض كحمض الكبريتيك وبعض القلويات كهيدروكسيد الصوديوم والأمونيا في العديد من الصناعات الهامة والضرورية بدءًا بالمنظفات المنزلية وحتى أسمدة التربة. إن دراسة هذا النوع من المواد له فوائد عديدة.

في عام 1923 م قام الكيميائي الدنماركي برونشتد (Bronsted) والكيميائي الإنجليزي لوري (Lowry) بتعريف الحمض بأنه المادة الفاقدة للبروتون (proton) وأن القاعدة هي المادة المكتسبة للبروتون. القاعدة أو الأساس (بالإنجليزية: Base‏) بالكيمياء هي أي مركب كيميائي يمكنه استقبال أيونات الهيدروجين، بمعنى آخر هي مانحة إلكترونات. تقوم القواعد بمعادلة الأحماض. المحلول القاعدي يكتسب أيون هيدروجين في تحول كيميائي حسب تعريف برونشتد لوري. وتتفاعل القواعد مع الأحماض فتكون ملحاً وماء ويحتوي محلول القاعدة المائي على أيونات الهيدروكسيد، من صفاة القواعد أنها صابونية الملمس وتنقسم القواعد إلى ثلاث أقسام وهم:- -أكاسيد أو هيدروكسيدات فلزات لا تذوب في الماء مثل أكسيد النحاس (CuO) وأكسيد الحديدوز (FeO) وكلوريد الحديديك (FeCl3). -أكاسيد وهيدروكسيدات فلزات تذوب في الماء مثل هيدروكسيد الصوديوم(NaOH)وهيدروكسيد البوتاسيوم(KOH)و أكسيد الصوديوم (Na2O)و أكسيد البوتاسيوم(K2O) ويسمى هذا القسم أو النوع باسم القلويات. -مواد ليست بأكاسيد ولا هيدروكسيدات ولكن لها نفس الخواص التي تميز القواعد مثل كربونات الصوديوم وكربونات البوتاسيوم وبيكربونات الصوديوم وبيكربونات البوتاسيوم.

تعد الصودا الكاوية أو هيدروكسيد الصوديوم(NaOH) أحد أهم القلويات وأقواها فهي تدخل في كثير من الصناعات مثل صناعة الصابون وصناعة النسيج وتحضير مركب كربونات الصوديوم (Na2CO3) المستخدم في إزالة عسر الماء كما يمكن استخدامها في التميز بين الشقوق القاعدية في الأملاح مثل أملاح كلوريد الحديديك وكبريتات النحاس وأملاح الأمونيوم حيث إما أن يترسب راسب لونه مميز من هيدروكسيد الفلز الذي لا يذوب في الماء أو يتصاعد غاز مميز برائحته كما في حال أملاح الأمونيوم حيث يتصاعد غاز الأمونيا أو النشادر ذو الرائحة النفاذة كما أنها كسائر القواعد تتفاعل مع الأحماض حيث يتحد أيون الهيدروكسيد السالب منها مع أيون الهيدروجين الموجب من الحمض ويتكون الماء وهو ما يعرف بتفاعل التعادل وبذلك تختفى خواص الحمض والقاعدة H(aq)+OH(aq)==> H2O. ومن القواعد الأخرى هيدروكسيد الكالسيوم Ca(OH)2 الذي يستخدم في تكليس الجدران كما يستخدم في صناعة الأسمنت ؛ ومحلول النشادر (هيدروكسيد الأمونيوم) الذي يستخدم في صناعة الأسمدة الكيماوية. كما يوجد تصنيفات أخرى خاصة بالاحماض والقواعد، غير نظرية برونشتد و لوري، فهناك النظرية الكلاسيكية أرهينوس والتي تنص على أن الأحماض هي التي تتفكك في المحلول المائي لتعطي أيون الهيدروجين (H) وأن القاعدة هي التي تتفكك في المحلول المائي لتعطي أيون الهيدروكسيل (OH)وهنا تعريف لويس كذلك، حيث تنص على أن القاعدة هو الذي لديه قدرة على اعطاء زوج من الإلكترونات وأن الحمض هو من يمتلك قدرة على استقبال هذا الزوج.

صيغة الحمض (HX) :-

HX + ماء --> أيون الهايدرونيوم الموجب + X وهناك احماض عديده مثل

HCl

H2SO4

HNO3

صيغة القاعدة (YOH):-

XOH + ماء --> أيون الهيدروكسيل السالب + X

امثله للقواعد :-

NaOH

KOH

MgOH2

تفاعل الأحماض مع القواعد :-

من أبرز التفاعلات الكيميائيّة هو تفاعل الحمض مع القاعدة، وينتج عنه ملح، وماء، وذلك بعد اتحاد باستبدال أيون الهيدروجين في الحمض بأيون موجب، ومن أمثلة الأملاح الناتجة عن تفاعل حمض وقاعدة ومن أبرز أمثلته ملح كلوريد الصوديوم وهو ملح الطعام الناتج عن تفاعل حمض الكلوريك، مع هيدروكسيد الصوديوم.

تعريف القواعد:-

القاعدة (بالإنجليزية: Base أو Alkaline) في الكيمياء هي أي مركب كيميائي يمكنه الاتحاد مع أيونات الهيدروجين . بمعنى اخر هو عنصر أو مركب مانح إلكترون أو أكثر . عندما يتفاعل قاعدة مع حمض فهما يتعادلان كيميائيا وينتجان مركبا جديدا وربما ماء. فنقول تعادلت القاعدة مع الحمض .

عند الكلام عن القاعدة في الكيمياء فيقصد بذلك عدة خواص معينة وخواص للماء. يحدث في الماء النقي تفاعل يتفكك فيه بعض قليل من جزيئاته وتنساب في الماء أيونات أوكسونيوم الماء يوجود الماء (H3O+) وايونات الهيدروكسيد (OH−)تعريف الاحماض :-

عرفت الأحماض في البداية بحسب خواصها العامة. فقد كانت مواد ذات طعم لاذع، تحل العديد من المعادن، وتتفاعل مع القلويات (أو القواعد) لتكون الأملاح. لقد اعتقد لبعض الوقت، وبعد أعمال لافوازييه، أن المكون العام في جميع الأحماض هو عنصر الأكسيجين، ولكن أصبح من الواضح تدريجياً أنه إذا كان هناك عنصر أساسي، فهو الهيدروجين وليس الأوكسجين. إن تعريف الحمض حقيقة صاغه ليبيغ في عام 1840 م، فقال: «الحمض هو المادة الحاوية على الهيدروجين والتي من شأنها أن تولد غاز الهيدروجين عند تفاعلها مع المعادن». وقد بقي هذا التعريف مقبولاً نحو 50 عاماً.هذا التعريف يقارب التعريف الحديث لبرونستد ومارتن لوري، اللذان عرفا على وجه منفصل الحمض كمركب يعطي أيون الهيدروجين (H+) لمركب آخر (يسمى قاعدة أو أساس). وكمثال معروف عن الحموض، حمض الخليك (الموجود في الخل) وحمض الكبريتيك (الموجود في بطارية السيارة). تختلف أنظمة حمض/قاعدة عن تفاعلات أكسدة-اختزال حيث لا تتغير حالة الأكسدة.

إن الكيميائي السويدي سفانت أرهينيوس هو أول من قرن خاصية الحموضة بالهيدروجين 1884 حمض أرهينيوس هو مادة تزيد من تركيز شاردة الهيدرونيوم H₃O⁺ عندما تنحل في الماء. أتى هذا التعريف من الانحلال المتوازن للماء إلى شوارد الهيدرونيوم والهيدوركسيد (OH^-)

خصائص الأحماض :-

· ذات طعم حامض.

· تعطي الحموض المركزة أو القوية شعوراً لاذعاً في الغشاء المخاطي.

· تغير ألوان مشعر الباهاء كالآتي: تصبح ورقة عباد الشمس حمراء، والمتيل البرتقالي يصبح أحمر، ويصبح الفينول فتالئين عديم اللون.

· يتفاعل مع المعادن ليعطي أملاح المعادن والهيدروجين.

· يتفاعل مع كربونات المعادن ليعطي الماء وثاني أكسيد الكربون والملح.

· يتفاعل مع القواعد ليعطي ماء وملحاً.

· يتفاعل مع أكاسيد المعادن ليعطي ماء وملحاً.

· ناقل للكهرباء بحسب درجة انحلاله.

· يعطي شوارد الهيدرونيوم في الماء [H3O+].

· الأحماض القوية والعديد من الحموض المركزة هي مواد آكلة، وقد تكون خطيرة، وتسبب حروقاً خطيرة حتى ولو كان التماس بسيطاً. تعالج الحروق الناتجة عن الحموض عادة بغسلها بالماء الجاري بغزارة، يتبعها معالجة طبية مباشرة. وفي حالة الحموض المعدنية المركزة جدا كحمض الكبريت أو حمض الآزوت، فيجب أولاً تنظيف الإصابة قبل الغسل بالماء، لأن مزج الحموض بالماء هو تفاعل ناشر للحرارة مما يسبب حرقاً حرارياً أيضاً.

أمثلة على الأحماض :-

· هي مركبات كيميائية، تتميّز محاليلها باحتوائها على أيون الهيدرونيوم H3O، وتختلف قوة الحمض باختلاف درجة تأيّنه في الماء، فالأحماض القويّة تتأين بدرجةٍ عالية، ومن الأمثلة عليها ما يلي:

· حمض الفسفوريك، ويُستخدم في صناعة الأسمدة الصناعية.

· حمض الخليك، ويُستخدم في صناعة الخل. حمض الكبريتيك، ويُستخدم في صناعة البطاريات والأسمدة.

· حمض الهيدروكلوريك، ويُستخدم في العديد من التفاعلات الكيميائية.

· حمض الكربون، ويُستخدم في صناعة المشروبات الغازية.

· حمض الببسين، وهو حمض طبيعي تُنتجه المعدة للمُساعدة في هضم الطعام.

خصائص القواعد :-

صابونية الملمس بفعل المادة الدهنية الموجودة على الجلد

تصبح مادة حارقة أو كاوية للجسم إذا زاد تركيزها

تصبح موصلة للكهرباء عند انحلالها في الماء (بسبب الايونات في المحلول)

تتفكك القلويات أو القواعد القابلة للذوبان في الماء وتطلق أيون الهيدروكسيد السالب بالإضافة إلى أيون الفلز الموجب. ومن هذه القلويات ما هو قوي مثل محلول هيدروكسيد الصوديوم ؛ لأن نسبة تأينُه عالية، وبعضها ضعيف مثل هيدروكسيد الأمونيوم ؛ لأن نسبة تأينه منخفضة، ولأن ناقلية القواعد للتيار الكهربائي تعتمد على درجة تأينها في الماء فمحاليل القواعد القوية مثل هيدروكسيد الصوديوم ناقلة جيدة للكهرباء بينما محاليل القواعد الضعيفة مثل هيدروكسيد الأمونيوم ناقلة ضعيفة للكهرباء.

تتلون المحاليل القاعدية بألوان مميزة مع الكواشف مثل تباع الشمس الذي يتحول للأزرق

قوتها الهيدروجينية أكبر من 7 وتصبح في اوج تركيزها عند 14

تتفاعل مع الأحماض لتكون أملاحا

امثلة على القواعد :-

ينحل الماء النقي (واحد من كل مليون مليار جزيء) إلى ايون هيدروني وأيون هيدروكسيد طبقا للمعادلة الكيميائية:

2H2O(l) → H3O+(aq) + OH−(aq)

حيث aq تعني في حالة المحاليل المائية.

عند ذوبان القاعدة في الماء, تنحل القاعدة القوية هيدروكسيد الصوديوم إلى ايونات هيدروكسيد وأيونات صوديوم:

NaOH → Na+ + OH−

وبالمثل, يتفكك كلوريد الهيدروجين إلى ايونات هيدروجين (موجبة الشحنة ) وايونات كلوريد (سالبة الشحنة ) في الماء:

HCl + H2O → H3O+ + Cl−

و عند خلط المحلولين, تتجمع ايونات H3O+ مع ايونات OH− لتشكل جزيئات الماء:

H3O+ + OH− → 2 H2O

اذا تم اذابة كميات متساوية من NaOH و HCl, يتعادل الحمض مع القاعدي, تاركا ملح كلوريد الصوديوم في المحلول وماء.

توازن قاعدة مع حمض

تسمى قوة قاعدة مقدار قلويتها Basicity ، والقلوية توصف بثابت يسمى ثابت القلوية. يرمز لثابت القلوية بالرمز (Kb) ، وهو يصف حالة التوازن في التفاعل بين الحمض والقاعدة في المحاليل المائية

يستخدم في العادلة لوصف ذلك رياضيا سالب اللوغاريتم العشري لـ Kb, ويسمى القيمة pKb .

قواعد قوية :-

القاعدة القوية هي مركب كيميائي في إمكانه انتزاع بروتون (H+) أو جزيئ من حمض ضعيف . و من القواعد المستخدمة كثيرا منها هيدروكسيدات فلز قلوي و هيدروكسيدات فلز قلوي ترابي مثل هيدروكسيد الصوديوم NaOH وهيدروكسيد الكالسيوم Ca(OH)2.

ويمكن للقاعدة القوية انتزاع بروتون من جزيئات مجموعات C–H حمضية ضعيفة في غياب الماء.

هذه قائمة لقواعد قوية:

هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH)

هيدروكسيد الباريوم (Ba(OH)2)

هيدروكسيد السيزيوم (CsOH)

هيدروكسيد الصوديوم (NaOH)

هيدروكسيد السترونشيوم (Sr(OH)2)

هيدروكسيد الكالسيوم (Ca(OH)2)

هيدروكسيد الليثيوم (LiOH)

هيدروكسيد الروبيديوم (RbOH)

هيدروكسيد المغنيسيوم (Mg(OH)2)

نجد كاتيونات تلك القواعد القوية في المجموعتين الأولى و الثانية من الجدول الدوري (الفلزات القلوية و الفلزات القلوية الترابية .