الأحماض والقواعد هما من أهم المواد الكيميائية التي تتفاعل مع بعضها البعض، مما يؤدي إلى تكوين الملح والماء. أصل كلمة “حمض” يعود إلى المصطلح اللاتيني الذي يعني “حامض”. نستخدم في حياتنا اليومية عدة مركبات تصنف كأحماض وفقاً لتعريفات العلماء. في هذا المقال، سنستعرض إسهامات العلماء في فهم خصائص الأحماض والقواعد.

إسهامات العلماء في فهم خصائص الأحماض والقواعد

قام عدد من العلماء بتقديم تعريفات دقيقة للأحماض والقواعد بناءً على سلوكها، وتم تصنيفها إلى ثلاثة أنواع رئيسية على النحو التالي:

1- أرهينيوس

درس الكيميائي السويدي سفانتي أرهينيوس الأحماض والقواعد، وقد عرض المفهوم الأولي لهما بالشكل التالي:

• الأحماض: هي مواد تعمل على زيادة تركيز أيونات الهيدرونيوم (+H) في المحلول.
• القواعد: هي المواد التي تزيد من تركيز أيونات الهيدروكسيد (-OH) في المحلول.

رغم أن أرهينيوس قدم إيضاحات هامة حول الكيمياء الحمضية والقاعدية، إلا أن نظريته كانت محدودة في تفسير سلوك بعض المركبات، مثل الأمونيا (NH3) التي تتصرف كقاعدة رغم عدم احتوائها على مجموعة (-OH).

2- العالمان برونستيد-لوري

في عام 1923، قام العالمان الدنماركي يوهانس برونستيد والإنجليزي توماس لوري بنشر تعريفات موسعة للأحماض والقواعد، حيث عرفاها كما يلي:

• الحمض: هو مانح للبروتون (+H).
• القاعدة: هي مستقبل للبروتون (+H).

تشمل التفاعلات الحمضية القاعدية مجموعتين من أزواج الحمض والقاعدة المترافقة. ومع ذلك، فإن هذه النظرية لم تتناول السلوك الحمضي والقاعدي في المذيبات غير العضوية مثل الديوكسان والبنزين، كما أنها لم تستطيع تفسير التفاعلات بين الأكاسيد الحمضية والقواعدية مثل CaO وBaO وMgO، وغيرها من المركبات التي تعمل كأحماض رغم عدم احتوائها على الهيدروجين.

3- لويس

تعتبر نظرية لويس الأكثر شمولاً ودقة، حيث تعرف الأحماض والقواعد كما يلي:

• الحمض: هو مستقبل لزوج الإلكترونات غير الرابطة ويحتوي على أفلاك فارغة.
• القاعدة: هي مانحة لزوج الإلكترونات غير الرابطة.

الخصائص الكيميائية والفيزيائية للأحماض

تمتلك الأحماض مجموعة من الخصائص الكيميائية والفيزيائية المميزة، وهي كما يلي:

• توصيل المحاليل المائية للأحماض للتيار الكهربائي، حيث أن بعض الأحماض تعتبر إلكتروليتات قوية لأنها تتأين بالكامل في الماء، بينما تتأين أخرى جزئياً.
• تحمل الأحماض طعماً حامضياً، كما هو الحال في الفواكه الحمضية التي تحتوي على حمض الستريك، والخل الذي يحتوي على حمض الخليك، وحمض اللاكتيك في الحليب.
• تغيير لون ورقة دوار الشمس من الأزرق إلى الأحمر.
• إنتاج فقاعات من غاز الهيدروجين عند تفاعل الأحماض مع المعادن.
• تحمل درجة حموضة أقل من 7.

الخصائص الكيميائية والفيزيائية للقواعد

تتمتع القواعد بمجموعة من الخصائص الكيميائية والفيزيائية، وهي كالتالي:

• تعتبر المحاليل المائية للقواعد أيضاً إلكتروليتات، ويمكن أن تكون قوية أو ضعيفة.
• مرارة الطعم.
• ملمسها لزج وشبيه بالصابون.
• تحمل درجة حموضة أكبر من 7.
• تغيير لون ورقة عباد الشمس من الأحمر إلى الأزرق.

تعتبر معظم المعادن قلوية، وتشمل بعض هيدروكسيدات فلزات الأرض القلوية التي تعتبر قواعد قوية عند الذوبان في المحلول، مثل:

• هيدروكسيد البوتاسيوم.
• هيدروكسيد الليثيوم.
• هيدروكسيد الروبيديوم.
• هيدروكسيد الصوديوم.
• هيدروكسيد الباريوم.
• هيدروكسيد السترونتيوم.
• هيدروكسيد السيزيوم.
• هيدروكسيد الكالسيوم.

تتفكك هيدروكسيدات الفلزات القلوية بشكل كامل في المحلول، بينما تعتبر هيدروكسيدات فلزات الأرض القلوية أقل قابلية للذوبان ولكنها تبقى قواعد قوية.

قبل أن يفهم العلماء خصائص الأحماض والقواعد بشكل دقيق، قاموا باستخدام مجموعة متنوعة من الاختبارات لتصنيف المواد. استندوا في ذلك إلى الطعم وتمييز المواد بناءً على كونها حامضة أو مرة، أو مالحة أو حلوة.