الحموض والقواعد هي مركبات كيميائية لها صفات خاصة لكل منها، كما أن محاليلها موصلة للتيار الكهربائي، بحيث أن الحموض تنتج أيون الهيدروجين عند إذابتها في الماء، بينما القواعد تنتج أيون الهيدروكسيد عند إذابتها في الماء ولها استخدامات عديدة.

 

مفهوم الحموض

 

الحموض هي مواد تتأين في الماء لتعطي أيونات الهيدروجين H^{+}، تتميز بطعمها الحامض، تسبب التآكل، تغير صبغة عباد الشمس من الأزرق إلى الأحمر، تتفاعل مع كربونات لتكون ماء وملح وغاز ثاني أكسيد الكربون، تتفاعل بقوة مع الفلزات، تنتج طاقة حرارية وتنتج غاز الهيدروجين، كاوية للجلد كما أن طعمها حمضي لاذع.

 

ومن أشهر الأمثلة الحموض الشائعة، حمض الهيدروكلوريك HCL، حمض الكبريتيك H_{2}SO_{4}، حمض الاكتيك، حمض الأسكوربيك C_{6}H_{8}O_{6}، حمض الكربونيك H_{2}CO_{3}.

 

كما أن حمض الستريك يوجد في الحمضيات ويسمى بحمض الليمون، كما أن الكربونيك يوجد في المشروبات الغازية، في حين أن الأسكوربيك يسمى في الحمضيات والخضار والفواكه فيتامين ج، ويستخدم الكبريتيك في بطاريات السيارات، والهيدروكلوريك يوجد في عصارة المعدة، والاكتيك يوجد في اللبن.

 

كما لا يمكن الكشف عن جميع الحموض عن طريق التذوق، حيث أن بعضها يعتبر ضاراً وكاوياً للجلد ويسبب حروقاً، ويقتصر الكشف عن الحموض عن طريق التذوق على الحموض الطبيعية الموجودة في أصناف الخضار والفواكه والمواد الغذائية. وتعتبر المحاليل المائية للحموض موصلة للتيار الكهربائي، لأن عند إذابتها في الماء تكون أيونات الهيدروجين الموجبة وأيونات أخرى سالبة.

 

صفة الحمض

 

تعتمد صفة الحمض بأنه قوي أو ضعيف على نسبة تأيينه في المحلول المائي، فعندما يتأين معظم جزيئات الحمض ويعطي كمية كبيرة من الأيونات يكون قوياً ويكون توصيل التيار الكهربائي كبيراً مثل (HCL، H_{2}SO_{4}، HNO_{3})، أما إذا تأين نسبة قليلة من جزئيات الحمض تكون كمية الأيونات ضئيلة في المحلول، فإنه يكون ضعيفاً وتوصيل محلوله للتيار الكهربائي ضعيف مثل CH_{3}COOH، H_{2}CO_{3}.

 

تكتب معادلة تأين كلاً من الحموض القوية والحموض الضعيفة كما يلي، في حالة الحموض القوية يستخدم سهم باتجاه واحد (\rightarrow) ويدل ذلك على أن التفاعل يحدث بالاتجاه الأمامي، أي أن التأين يكون كلياً، بينما في حالة الحموض الضعيفة يستخدم سهمين متعاكسين (\leftrightarrow)، ويدل على أن التفاعل يحدث باتجاهين أمامي وعكسي، أي أن التأين يكون جزئياً.

 

الصفات التي تشترك بها الحموض

 

هناك عدة صفات مشتركة للحموض منها:

 

  • تتفاعل مع الفلزات وينطلق غاز الهيدروجين، فمثلاً فلز الخارصين مع حمض الهيدروكلوريك حسب التفاعل التالي:Zn +2HCL \rightarrow ZnCL_{2} +H_{2}.

 

  • يغير الحمض لون كاشف عباد الشمس من الأزرق إلى الأحمر.

 

  • المحاليل المائية للحموض موصلة للتيار الكهربائي لوجود أيونات موجبة وسالبة حرة الحركة، فمثلاً التفاعل التالي للحمض الهيدروكلوريك القوي: HCL\rightarrow H^{+} +CL^{-}

 

  • تشترك الحموض في قدرتها على إنتاج أيونات الهيدروجين H^{+} وليس وجود الهيدروجين ضمن جزيء الحمض، مثال:

1. HNO_{3}\rightarrow H^{+} +NO_{_{3}}^{-1}

 

2. CO_{2} +H_{2}O \rightarrow 2H^{+} +CO_{3}^{-2}

 

  • كما تحتوي العديد من الحموض على عنصر الهيدروجين ضمن صيغة المركب حتى يكون حمضاً، لكن لا يشترط وجود عنصر الهيدروجين ضمن صيغة المركب لكي يكون حمضاً، لأن هناك بعض المواد تسلك كحموض رغم عدم احتواء صيغتها على عنصر الهيدروجين مثل غاز ثاني أكسيد الكربون CO_{2}، وغاز ثاني أكسيد الكبريت SO_{2}، حيث تفاعل مثل هذه الغازات مع الماء ينتج عن تفاعلها أيونات الهيدروجين. فمثلاً التفاعلات التالية لغاز ثاني أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكبريت:

 

  • CO_{2} +H_{2}O \leftrightarrow H_{2}CO_{3}.

 

  • H_{2}CO_{3}\leftrightarrow HCO_{3}^{-} +H^{+}.

 

يمكن إثبات أن المحلول الناتج عن ذوبان غاز CO_{2} في الماء حمضياً، باستخدام كاشف عباد الشمس، حيث يتم وضع قطرة من المحلول على ورقة عباد الشمس زرقاء فيلاحظ تحويلها إلى اللون الأحمر.

 

مفهوم القواعد

 

القواعد هي مواد تذوب في الماء وتعطي أيونات الهيدروكسيد OH^{-}، وهي مركبات مضادة للحموض، تتفاعل مع الأحماض  لإنتاج الأملاح والماء، ملمسها لزقاً، تغير صبغة عباد الشمس من الأحمر إلى الأزرق باستثناء كاشف الفينيولفثالين الذي يظهر اللون الوردي في الوسط القاعدي، تتميز بطعمها المر، محاليلها موصلة للتيار الكهربائي، ولها استعمالات عديدة في الصناعات مثل مواد التنظيف والأدوية ومعظمها تعتبر كاوية للجلد.

 

ومن أشهر القواعد الشائعة: هيدروكسيد الصوديوم  NaOH، هيدروكسيد المغنيسيوم  Mg(OH)_{2}، هيدروكسيد الكالسيوم Ca(OH)_{2}.

 

المجالات التي تستخدم فيها القواعد

 

  • هيدروكسيد الصوديوم NaOH: يستخدم في صناعة الصابون ومواد التنظيف وفي صناعة السكر.

 

  • هيدروكسيد المغنيسيوم Mg(OH)_{2}: في صناعة الأدوية المضادة للحموضة.

 

  • هيدروكسيد الكالسيوم Ca(OH)_{2}: في أعمال البناء وفي طلاء الجدران وسيقان الأشجار.

 

  • هيدروكسيد الأمونيوم NH_{4}OH: يستخدم في صناعة مواد التنظيف والأسمدة.

 

الصفات التي تشترك فيها القواعد

يوجد عدة صفات تشترك فيها القواعد منها: 

 

1- تغير لون كاشف عباد الشمس من الأحمر إلى الأزرق.

 

2- محاليلها المائية موصلة للتيار الكهربائي لوجود الأيونات الموجبة والسالبة.

 

3- تشترك القواعد في قدرتها على إنتاج أيونات الهيدروكسيد OH^{-}، ومن الأمثلة على ذلك:

 

1) NaOH \rightarrow Na^{+} +OH^{-}.

 

2) CaO \rightarrow Ca^{+2} +2OH^{-}.

 

3) NaHCO_{3} \rightarrow Na^{+} +OH^{-}+H_{2}CO_{3}.

 

حيث ليس شرطاً وجود OH^{-} ضمن مركب القاعدة، حيث يوجد مواد تسلك كقواعد دون أن تحتوي على أيونات الهيدروكسيد، مثل الأمونيا NH_{3}، أكاسيد الفلزات مثل CaO، K_{2}O، Na_{2}O.

 

أنواع القواعد

 

تعتمد قوة القاعدة على درجة تأينها في الماء، وبناءً على ذلك تقسم القواعد إلى نوعين: 

 

قواعد قوية

 

تتأين كلياً عند إذابتها في الماء، مما يؤدي إلى تكوين كمية كبيرة من أيونات الهيدروكسيد OH^{-} في المحلول، وتمتاز بقدرة عالية على التوصيل الكهربائي، من أمثلة عليها هيدروكسيد الصوديوم NaOH، هيدروكسيد البوتاسيوم KOH،هيدروكسيد الباريوم Ba(OH)_{2}.

 

قواعد ضعيفة

تتأين بشكل جزئي في الماء، مما يؤدي إلى تكوين كمية قليلة جداً من أيونات  OH^{-} في المحلول، وتمتاز بقدرة ضعيفة على توصيل التيار الكهربائي، أمثلة على القواعد الضعيفة الأمونيا NH_{3}، الهيدرازين N_{2}H_{4}.

 

كذلك القاعدة القوية تكتب باستخدام سهم باتجاه واحد (\rightarrow)، بينما القاعدة الضعيفة تكتب باستخدام سهمين متعاكسين \leftrightarrow من أمثلة على ذلك: قاعدة قوية: NaOH \rightarrow Na^{+} +OH ^{-}، قاعدة ضعيفة: NH_{3} +H_{2}O \leftrightarrow NH_{4}^{+} +OH^{-}

 

في النهاية يمكن الاستنتاج بأن القواعد مواد تذوب في الماء وتنتج أيون الهيدروكسيد OH^{-}، وأيون موجب آخر، وهناك مواد تسلك قواعد دون أن تحوي على أيونات  OH^{-}.

 

ومن الأمثلة على هذه القواعد:

 

1)NH_{3} +H_{2}O \rightarrow NH_{4}OH \rightarrow NH_{4}^{+} +OH^{-}.

 

2) Na_{2}O +H_{2}O \rightarrow 2NaOH \rightarrow2Na^{+} +2OH^{-}.

 

3) CaO +H_{2}O \rightarrow Ca(OH)_{2} \rightarrow Ca^{+2} +2OH^{-}.

 

من الكواشف التي تستعمل للتمييز بين الحموض والقواعد ورق عباد الشمس، الفينيولفثالين، الميثيل البرتقالي، ففي كاشف عباد الشمس يظهر في الحمض اللون الأحمر، بينما في القاعدة يظهر اللون الأزرق، أما الفينيولفثالين يكون عديم اللون في الحموض أما في القواعد يظهر اللون الأحمر، في حين في الميثيل البرتقالي يظهر في الحموض اللون الأحمر، بينما في القواعد يتذبذب اللون بين أصفر والبرتقالي.