حمض
عودة للموسوعة| أحماض وقواعد |
|---|
|
| أنماط الحموض |
|
| أنماط القواعد |
|
الحمض هوأي مركب كيميائيقد يكون عند انحلاله في الماء قادراً على تحرير أيونات الهيدروجين (البروتونات)، والتي يرمز لها بذرات هيدروجين ذات شحنة موجبة واحدة أو+1.
التعريف
عهدت الأحماض في البداية بحسب خواصها العامة. فقد كانت مواد ذات طعم لاذع، تحل الكثير من المعادن، وتتفاعل مع القلويات (أوالقواعد) لتكون الأملاح. لقد افترض لبعض الوقت، وبعد أعمال لافوازييه، حتى المكون العام في جميع الأحماض هوعنصر الأكسيجين، ولكن أصبح من الواضح تدريجياً أنه إذا كان هناك عنصر أساسي، فهوالهيدروجين وليس الأوكسجين. إذا تعريف الحمض حقيقة صاغه ليبيغ في عام 1840 م، فنطق: «الحمض هوالمادة الحاوية على الهيدروجين والتي من شأنها حتى تولد غاز الهيدروجين عند تفاعلها مع المعادن». وقد بقي هذا التعريف مقبولاً نحو50 عاماً. هذا التعريف يقارب التعريف الحديث لبرونستد ومارتن لوري، اللذان عهدا على وجه منفصل الحمض كمركب يعطي أيون الهيدروجين (H+) لمركب آخر (يسمى قاعدة أوأساس). 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.
وتعهد المركبات أوالمواد الكيميائية أنها حمضية إذا كان لها صفات الحمض.
مفاهيم
إن الكيميائي السويدي سفانت أرهينيوس هوأول من قرن خاصية الحموضة بالهيدروجين 1884. حمض أرهينيوس هومادة تزيد من هجريز شاردة الهيدرونيوم H3O+ عندما تنحل في الماء. أتى هذا التعريف من الانحلال المتوازن للماء إلى شوارد الهيدرونيوم والهيدوركسيد (OH-):
في الماء النقي توجد معظم الجزيئات على شكل H2O، ولكن عدداً صغيراً من الجزيئات تنحل على وجه ثابت وتعود فتتحد. فالماء النقى معتدل مقارنة مع الحموضة أوالقلوية لأن هجريز شوارد الهيدروكسيد متساوية دائماً مع هجريز شوارد الهيدرونيوم. فالمادة القاعدية في نظر أرهينيوس هي أي جزيء يزيد من هجريز شاردة الهيدروكسيد عند انحلاله في الماء. لاحظ حتى الكيميائيين يخطون غالبا (H+(aq ويشيرون إلى شاردة الهيدروجين عندما يصفون تفاعل حمض-قاعدة لكن نواة الهيدورجين الحرة، البروتون، غير موجودة وحيدة في الماء، فهي توجد كشاردة الهيدرونيوم H3O+.
ومع حتى مفهوم أرهينيوس كان مفيداً في توصيف الكثير من التفاعلات، إلا أنه محدود الرؤية. ففي عام 1923، قام الكيميائيان يوهانس برونشتد وتوماس مارتن لوري بشكل مستقل عن بعضهما بتمييز تفاعلات حمض-قاعدة متضمنة مفهوم انتنطق البروتون. وحمض برونستد-لوري (أوببساطة حمض برونستد) هوصنف يعطي البروتون لأساس برونستد-لوري(قاعدة برونشتد-لوري). إذا لنظرية برونستد-لوري مزايا عديدة مقارنة بنظرية أرهينيوس. لنفرض المثال التالي لتفاعلات حمض الخل (CH3COOH)، أحد الحموض العضوية، الذي يعطي الخل طعمه المميز.
تصف كلتا النظريتين ببساطة التفاعل الأول: يتصرف CH3COOH كحمض أرهينيوس لأنه يتصرف كمصدر H3O+ عندما ينحل في الماء، ويتصرف كحمض برونشتد بإعطائه بروتون إلى الماء. في المثال الثاني يتعرض CH3COOH للتحول نفسه، فهويعطي بروتوناً إلى الأمونيا (NH3)، ولكن لا يمكن وصفه باستخدام تعريف أرهينيوس للحمض لأن التفاعل لا يعطي الهيدرونيوم. يمكن حتى تصف نظرية برونشتد-لوري أيضاً المركبات الجزيئية، بينما توجب نظرية أرهينوس على المركب حتىقد يكون أيونياً. يرتبط حمض كلور الماء والأمونياك تحت شروط متعددة ليشكلا النشادر NH4Cl. يتصرف المحلول المائي لحمض كلور الماء كالحمض ذاته، ويكون كشوارد الهيدرونيوم والكلور. التفاعل التالي يوضح محدودية تعريف أرهينيوس
2.) HCl + NH3 → NH4Cl
3.) HCl + NH3 → NH4Clوكما كانت الحالة في تفاعلات حمض الخل، فإن كلا التعريفين صالحان للمثال الأول، حيثقد يكون الماء هوالمذيب وتتشكل شاردة الهيدرونيوم. التفاعلان التاليان لا يضمان تشكل شوارد ولكنهما يبقيان تفاعلين لانتنطق البروتون. في التفاعل الثاني يتفاعل حمض كلور الماء مع الأمونياك ليشكلا النشادر الصلب في البنزين كمذيب وفي الثالثة يتفاعل حمض كلور الماء والأمونياك NH3 ليشكلا النشادر الصلب.
اقترح جيلبرت نيوتن لويس مفهوماً ثالثاً يتضمن تفاعلات ذات خصائص حمض-قاعدة والتي لا تتضمن انتنطقاً للبروتون. حمض لويس هوصنف يقبل زوجاً من الإلكترونات من صنف آخر لتشكل رابطة تساهمية، وبحدثة أخرى، قابل لزوج إلكتروني.
ومع أنها لم تكن أكثر النظريات عمومية، فإن تعريف برونستد لوري هوأكثر التعاريف استخداماً. يمكن فهم قوة الحمض باستخدام هذا التعريف على أنها استقرار الهيدرونيوم والقاعدة المشتقة المنحلة خلال التفكك. ازدياد أونقصان استقرار القاعدة المشتقة سيزيد أوينقص حموضة المركب. يستخدم مفهوم الحموضة هذا في الحموض العضوية مثل الحموض الكربوكسيلية. ففي وصف الجزيء المداري (molecular orbital description)، حيث يتداخل مدار البروتون الفارغ مع زوج منعزل، يرتبط بتعريف لويس.
هنالك أنواع عديدة من الحوامض، منها ما طبيعي كالموجود في الليمون مثلاً ومنها ما يصنع في المصانع أوالمختبرات كحمض كلور الماء (HCl) أوكحمض الكبريت (H2SO4).
وأما الرقم الهيدروجيني (pH) فهويتراوح بين 0 و14.
بالنسبة لوسائل قياس الحموضة فهي متعددة، منها ما غير دقيق كالمشعرات (عباد الشمس) ويتغير لونها ودرجة اللون فيها حسب نسبة الحموضة الموجودة بالمحلول. حيث يشير اللون الأخضر على قلوية خفيفة واللون الأزرق على قلوية عالية نتيجة لتصاعد هجريز الانيونات OH- وتكون قيمة ال pH أعلى من 7. في حين يشير اللون البرتنطقي على حموضة خفيفة واللون الأحمر على حموضة عالية نتيجة تصاعد هجريز الكاتيونات H+ وتكون قيمة pH أدنى من 7. تمتلك بعض مقاييس pH جهاز رصد إلكتروني يقيس نسبة الحموضة مباشرة بعد وضعه في المحلول الكيميائي، وتحتاج هذه المقاييس إلى معايرة باستعمال محلول له قيمة pH معيارية مثل أربعة و7 و10. وهذه السوائل المعيارية هي محاليل منظمة يمكن شراؤها أوتصنيعها.
خصائص الأحماض
- ذات طعم حامض.
- تعطي الحموض المركزة أوالقوية شعوراً لاذعاً في الغشاء المخاطي.
- تغير ألوان مشعر الباهاء كالآتي: تصبح ورقة عباد الشمس حمراء، والمتيل البرتنطقي 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 والكثير من الحموض المركزة هي مواد آكلة، وقد تكون خطيرة، وتسبب حروقاً خطيرة حتى ولوكان التماس بسيطاً. تعالج الحروق الناتجة عن الحموض عادة بغسلها بالماء الجاري بغزارة، يتبعها معالجة طبية مباشرة. وفي حالة الحموض المعدنية المركزة جدا كحمض الكبريت أوحمض الآزوت، فيجب أولاً تنظيف الإصابة قبل الغسل بالماء، لأن مزج الحموض بالماء هوتفاعل ناشر للحرارة مما يسبب حرقاً حرارياً أيضاً.
مراجع
- ^ McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology, 10th Edition, Volume 1 (A-ANO),page.59
التصنيفات: أحماض, كيمياء حمض-قاعدة, مقالات بحاجة لمصادر أكثر منذ ديسمبر 2018, مقالات بحاجة لمصادر أكثر, صفحات بها وصلات إنترويكي, جميع المقالات التي بها عبارات بحاجة لمصادر, مقالات ذات عبارات بحاجة لمصادر, صفحات بها بيانات ويكي بيانات, صفحات تستخدم خاصية P683, صفحات تستخدم خاصية P665, صفحات تستخدم خاصية P4732, معرفات مركب كيميائي, صفحات تستخدم خاصية P373, صفحات تستخدم خاصية P244, صفحات تستخدم خاصية P227, بوابة الكيمياء/مقالات متعلقة, جميع المقالات التي تستخدم شريط بوابات
