الأحماض والقواعد
الأحماض هي المواد التي تتفكك في المحلول المائي لتعطي بروتونات.
القواعد هي المواد التي تتفكك في المحاليل المائية لتعطي أيونات الهيدروكسيد
أو التي تتفاعل مع البروتونات المائية.
المواد المترددة: هي المواد التي تحمل خواص الحمض والقاعدة معاً.
الملح هو المادة الناتجة من تفاعل حمض مع قاعدة.
نظريات الأحماض والقواعد:
لافوازيه (1777 م): اقترح أن الأحماض تحتوي أكسجين.
ديفي (1816 م): اكتشف أن حمض الهيدروكلوريك (HCl) لا يحتوي على الأكسجين
فهذا يعني قصور نظرية لافوازيه. واقترح ديفي أن الأحماض تحتوي على هيدروجين.
ليبج (1838م): عرف الحمض بأنه المركب الكيميائي الذي يحتوي على الهيدروجين
الذي يمكن أن يحل محله عنصر فلزي.
وهناك ثلاث نظريات حديثة لتعريف الحمض والقاعدة، هي نظرية أرينيوس
ونظرية برونشتد-لوري ونظرية لويس.
ويمكن المقارنة بين النظريات الثلاث لتعريف الأحماض والقواعد في الجدول التالي:
تعريف القاعدة , تعريف الحمض , النظرية
مادة تذوب في الماء
وتتفكك معطية أيون هيدروكسيد ,مادة تذوب في الماء وتعطي أيون الهيدروجين (بروتون) , أرهينوس
مادة تستقبل بروتون أو أكثر ,مادة تمنح بروتون أو أكثر , برونشتد-لوري
مادة تمنح زوج أو أكثر من الإلكترونات ,مادة تستقبل زوج أو أكثر من الإلكترونات , لويس
وتنقسم الأحماض حسب طبيعتها إلى قسمين:
أ ـ الأحماض العضوية: يتكون جزيء هذه الأحماض من عناصر الهيدروجين والكربون والأكسجين
ويمكن تقسيم هذه الأحماض حسب عدد مجموعات الكربوكسيل
في الصيغة الكيميائية إلى الأقسام التالية: أحادية الكربوكسيل وثنائية الكربوكسيل
وثلاثية الكربوكسيل وعديدة الكربوكسيل.
ب ـ الأحماض المعدنية (غير العضوية).تقسم هذه الأحماض بدورها
حسب عدد أيونات الهيدروجين التي تعطيها الصيغة الكيميائية للحمض في أي مذيب مناسب كالماء إلى:
أحادية البروتون وثنائية البروتون وعديدة البروتون.
- تحضير الأحماض:
في الصناعة:
أ ـ تحضر الأحماض ثنائية العنصر غالباً بالاتحاد المباشر بين
الهيدروجين والعنصر اللافلزي ثم إذابة المركب الناتج (غاز) في الماء.
ب ـ تحضر الأحماض ثلاثية العنصر (الأكسجينية) بالاتحاد المباشر بين الأكسجين
والعنصر اللافلزي للحصول على أنهيدريد الحمض ثم إذابته في الماء.
في المختبر:
يمكن تحضير الحمض الأقل ثباتاً بتفاعل ملحه مع حمض أكثر ثباتاً.
طرق أخرى:
أ _ التحليل المائي لهاليدات اللافلزات وبعض الفلزات.
ب _ أكسدة العناصر اللافلزية في محلول مائي خال من القلويات.
- تحضير الأملاح:
توجد عدة طرق لتحضير الأملاح منها:
الاتحاد المباشر بين العناصر المكونة للملح.
بالنسبة للأملاح التي تذوب في الماء فإنها تحضر بتفاعل الحمض المخفف
مع الفلز أو أكسيده أو كربوناته. وكذلك مع هيدروكسيد الفلز أو كربوناته.
بالنسبة للأملاح التي لا تذوب في الماء فتحضر بالتبادل المزدوج
وبالترسيب وعادة تستخدم نيترات الفلز المراد تحضير ملحه مع ملح الصوديوم
الذي يحتوي على الشق الحمضي للملح المطلوب فيترسب الملح الذي لا يذوب في الماء ويفصل بالترشيح.
وتقسم القواعد إلى عدة مجموعات كالتالي:
أ ـ أكاسيد وهيدروكسيدات العناصر الفلزية للمجموعتين (IIA-IA)
من الجدول الدوري وهي قابلة للذوبان في الماء:
ب ـ أكاسيد وهيدروكسيدات العناصر الفلزية التي لا تذوب في الماء.
جـ ـ المركبات الهيدروجينية لبعض عناصر (VA) من الجدول الدوري.
د ـ الأمينات العضوية والقواعد النيتروجينية.
* ويمكن تقسيم القواعد بالنسبة لعدد مولات أنيونات الهيدروكسيد
التي تعطيها الصيغة الكيميائية للقاعدة عند ذوبانها في الماء إلى
أحادية الحمضية وثنائية الحمضية وثلاثية الحمضية وعديدة الحمضية.
- الخواص العامة للأحماض والقواعد:
أ- معظم الأحماض تذوب في الماء وتكوَّن محاليل مخففة، ولها طعم حامض.
ب- بعض الأحماض خصوصاً المركزة مثل حمض الكبريتيك تأثيرها متلف وحارق لجلد الإنسان والملابس.
جـ تؤثر محاليل الأحماض والقواعد على بعض الصبغات فتغير من ألوانها
فمثلاً تؤثر الأحماض في صبغة تباع الشمس فتغير لونه إلى اللون الأحمر
وكذلك تؤثر القواعد في صبغة تباع الشمس فتغير لونه إلى الأزرق.
د ـ تتفاعل الأحماض المخففة مع الفلزات التي تسبق الهيدروجين
في السلسلة الكهروكيميائية وينتج ملح الحمض ويتصاعد غاز الهيدروجين.
هـ تتفاعل الأحماض مع القواعد وينتج ملح الحمض والماء غالباً.
و- تتفاعل الأحماض مع أملاح الكربونات والكربونات الهيدروجينية
وينتج ملح الحمض وماء وغاز ثاني أكسيد الكربون
ز- تتفاعل محاليل القواعد القلوية مع أملاح الأمونيوم وينتج ملح وماء
وغاز الأمونيا ذو الرائحة المميزة، وهذا يستخدم للكشف عن أملاح الأمونيوم.
حـ - تتفاعل بعض القواعد مع الأملاح وينتج هيدروكسيد الفلز وملح.
ط - تتميز هيدروكسيدات بعض الفلزات بصفة التردد حيث يمكنها التفاعل
مع الأحماض كقواعد ومع القواعد كأحماض منتجة ملحاً وماء.
مثل هيدروكسيد الخارصين وهيدروكسيد الألومنيوم.
والجدول التالي يبين الأحماض القوية والقواعد القوية الشائعة:
الأحماض القوية
الصيغة الأســــم
HCl حمض الهيدروكلوريك
HBR حمض الهيدروبروميك
HI حمض الهيدرويوديك
HClO4 حمض البيركلوريك
HNO3 حمض النيتريك
H2SO4 حمض الكبريتيك
القواعد القوية
الصيغة الأســــم
NaOH هيدروكسيد الصوديوم
KOH هيدروكسيد البوتاسيوم
Ca(OH)2 هيدروكسيد الكالسيوم
Ba(OH)2 هيدروكسيد الباريوم
Sr(OH)2 هيدروكسيد الإسترانشيوم
الألكانات:
هي مركبات هيدروكربونية أليفاتية مشبعة
وتُعد هذه المركبات أقل المركبات الهيدروكربونية نشاطاً في الظروف العادية
ولذلك سميت قديماً البارافينات (أي قليلة الميل للتفاعل).
الجدول التالي يُوضح الصيغ الجزيئية والتركيبية وأسماء الألكانات العشرة الأولى ودرجات غليانها:
والاشكال التالية تبين نماذج للمركبات الأولى للالكانات.
تسمية الألكانات:
تسمى المركبات العضوية حسب نظامين، التسمية الشائعة والتي
قد تختلف من مكان إلى آخر، وتسمية دولية محددة تبعاً لنظام الإيوباك
والتي تعتمد على اسم الألكان.
والألكانات قد تكون غير متفرعة كما مر معنا أو متفرعة أي تحتوي
على مجموعات جانبية كما في الصيغتين التاليتين:
قواعد تسمية الألكانات حسب الأيوباك
1 ـ نحدد أطول سلسلة متصلة من ذرات الكربون.
2 ـ نرقم ذرات الكربون في هذه السلسلة من أحد طرفيها إلي الطرف
الآخر بحيث تأخذ ذرة الكربون المتصلة بالمجموعة الجانبية أصغر رقم.
3 ـ نحدد المجموعة أو المجموعات من حيث موقع إتصالها بالسلسلة.
4 ـ نكتب الرقم الدال على موقع اتصال المجموعة الجانبية بالسلسلة ثم اسم المجموعة
ويتم الفصل بين الرقم والاسم بخط قصير.
5 ـ في حالة وجود أكثر من مجموعة جانبية مثل ميثيل (- CH3) وإيثيل (- C2H5)
فإن أولوية كتابة المجموعة برقمها تتم طبقاً للترتيب الأبجدي أي إيثيل قبل ميثيل.
6 ـ عند اتصال مجموعتين متماثلتين مثل مجموعتي ميثيل (- CH3) بنفس ذرة الكربون
في السلسلة، فنستخدم كلمة ثنائي ونضع قبلها نفس رقم ذرة الكربون مرتين.
أسماء بعض الأحماض والقواعد المعروفة عند الكيميائيين المسلمين الأوائل.
أسماء بعض الأحماض المعروفة
عند الكيميائيين المسلمين الأوائل
معروف أن الأحماض مركبات أساسية فى أي مختبر كيميائى
وقد كانت مختبرات الكيميائيين المسلمين تحتوى على العديد من
الأحماض نورد أهمها مع أسمائها القديمة التى كانوا يستخدمونها:
1) حمض الكبريتيك,.......واسمه القديم: زيت الزاج، كبريت الفلاسفة, أو الزيت المذيب
2) حمض النتريك,..........واسمه القديم: ماء الفضة, أو الماء الحاد.
3) حمض الهيدروكلوريك, واسمه القديم: روح الملح, أو الماء المحلل.
4) حمض الخليك المركز,..واسمه القديم: حمض الخل المصعد
5) الماء الملكى,..............واسمه القديم: الماء الملكى, أو التيزاب.
6) حمض الطرطريك,......واسمه القديم: النطرون.
وهناك العديد من الأحماض الأخرى التى تحتاج الى مزيد من البجث للتعرف عليها.
أسماء بعض القواعد التى كانت معروفة عند الكيميائيين المسلمين الأوائل.
كما أن الأحماض من المواد الهامة فى مختبرات الكيمياء, فكذلك القواعد والقلويات.
وقد كان الكثير من القواعد معروفة فى مختبرات الكيميائيين المسلمين الأوائل منها على سبيل المثال:
1) هيدروكسيد الصوديوم,
واسمه القديم: الصودا الكاوية, ولايزال هذا الاسم مستخدما حتى الآن.
2) هيدروكسيد البوتاسيوم,
واسمه القديم: البوتاس
3) كربونات الصوديوم,
واسمه القديم النترون.
4) كربونات البوتاسيوم,
واسمه القديم: القلى.
5) هيدروكسيد الكالسيوم,
واسمه القديم: الجير المطفأ.
