بحث عن الاحماض والقواعد في الكيمياء

بحث عن الاحماض والقواعد في الكيمياء هام جدًا بالنسبة للطلاب الذين يدرسون علم الكيمياء حيث أن هذا البحث سوف يمكنهم من فهم عميق لها وللأحماض والقواعد والقدرة على معرفة الفرق بينهم حتى يساعدهم ذلك في القيام بالتجارب وفهم الاستنتاجات.

مقدمة بحث عن الاحماض والقواعد

إن الأحماض والقواعد تعد أهم المركبات الكيميائية التي تنتشر في البيئة من حولنا، ونجدها في العديد من الصور والهيئات، فيمكن أن نجدها مصنعة أو بشكل طبيعي، كما أننا نلاحظ وجودها في الغذاء أيضًا، بالطبع يوجد بعض الاختلاف بين الأحماض والقواعد المصنعة والطبيعية، فنجد أن الطبيعية تكون من أساس عضوي، أما المصنعة فيكون أساسها معدني.

تعريف الاحماض والقواعد في الكيمياء

إن الأحماض والقواعد تم وضعهم ضمن التصنيف الكيميائي بواسطة العالم روبرت بويل وقام بإطلاق مسمى القلويات على القواعد، وإليكم ما قدمه العلماء عن الأحماض والقواعد في الكيمياء:

• في القرن السابع عشر استطاع روبرت بويل أن يكتشف وجود القواعد والأحماض وليس ذلك فقط بل حدد خصائص كلًا منهما، وقام بتعريف الأحماض على أنها مواد تتميز بالطعم الحامض والتي ينتج عنها تآكل للمعادن، كما تستطيع تغيير لون الورقة الخاصة بعباد الشمس للأحمر وإذا قمنا بوضع القواعد عليها تنخفض الحموضة بها.
• قام روبرت بتعريف القواعد على أنها مواد تمتاز بملمسها الزلق ويمكنها أن تغير لون الورقة الخاصة بعباد الشمس للأزرق، وتنخفض نسبة القاعدية بها عند وضع الأحماض عليها، وعلى الرغم من كل هذا المجهود إلا أنه لم يتم التعرف على الأحماض والقواعد بشكل منطقي إلا مع بداية حلول القرن التاسع عشر.
• لقد قدم أرهنيوس السويدي تعريف للأحماض والقواعد خلال القرن التاسع عشر، فقال أن الأحماض عبارة عن مركب يتكون من الهيدروجين ويقوم بالتفكك بالماء لإخراج الأيون الهيدروجيني ويتحول لمحلول، فعند إذابة حمض الهيدروكلوريك بالماء يتم إنتاج الهيدروجين والكلوريد كالتالي HCl in  H2O → H+ (aq) + Cl-(aq)
• كما عرف أرهنيوس القواعد على أنها مركب يذوب عند وضعه بالماء ويبدأ بالتحلل ليخرج منه أيون الهيدروكسيد ليتحول لمحلول، فعندما نضع هيدروكسيد الصوديوم بالماء يتحلل ويخرج لنا الهيدروكسيد، والصوديوم كلًا على حدة كالتالي aq)-NaOH  in H2O → Na+ (aq) + OH.
• كما تم استخلاص من تعريف أرهنيوس الكثير من المعلومات المختلفة، فتم معرفة أن كافة الأحماض تشترك في بعض الخواص وهذا لأن كافة الأحماض ينتج عنها أيون الهيدروجين، والقواعد ينتج عنها أيون الهيدروكسيد للمحاليل.
• إن كل من الأحماض والقواعد يؤثران في بعضهما كثيرًا حيث أن كل منهم لديه قدرة على إضعاف فاعلية الآخر، ولهذا يتم  إطلاق مسمى التفاعل المتعادل على تفاعلهم سويًا، وتم الوصول إلى هذا الاستنتاج عندما تم دراسة ملاحظات بويل.
•  على الرغم من الجهد الكبير الذي قام به أرهنيوس إلا أنه لم يستطيع التوصل لتفسيرات لسلوك بعض المواد، فعند النظر لمركب بيكربونات الصوديوم NaHCO3 فنجده يتصرف على أنه قاعدي على الرغم من عدم احتوائه على الهيدروكسيد.
• لقد قام برونستد والعالم توماس لوري بتعريف للأحماض والقواعد بشكل منفصل ولكنهم كانوا متشابهين، حيث قاما بتعديلات على تعريف أرهنيوس ولكن تفوق العالم توماس بتعريفه الذي كان شاملًا.
• قال لوري أن الحمض هو المادة التي يمكنها أن تتبرع بالهيدروجين ويطلق عليها متبرع البروتون لأن الأيون الهيدروجيني يتصرف مثل البروتونات، حيث أنه يقوم بفقد إلكترون وهذا التعريف يعتبر متوافق بشكل كبير مع ما قاله أرهنيوس.

شاهد أيضًا: بحث عن عالم من علماء الرياضيات المسلمين

خصائص الأحماض والقواعد

لقد قام روبرت بويل بتقديم وصف للقواعد والأحماض من خلال طرح بعض الخصائص التي يتم استخدامها للتفرقة بين الحمض والقواعد دون اللجوء لاختبارات بالمعمل، ومنها ما يلي:

• تتميز الأحماض أن مذاقها حامض حيث أن معنى كلمة Acid في اللاتينية هو الحادة والحامضة، أما القواعد فهي تتميز بالمرارة ومع ذلك يجب الحذر وعدم تذوقهم.
• إن الأحماض تؤثر على ورقة عباد الشمس وتغير لونها للأحمر، أما القواعد فهي لا تستطيع أن تغير في اللون الخاص بورقة عباد الشمس، ولكنها تقوم بتغيير لون ورقة عباد الشمس التي تكون قاعدية من الأحمر للأزرق.
• إن الأحماض تستطيع التفاعل مع المعادن النشطة وينتج عنها غاز الهيدروجين مثل المعادن القلوية، والألومنيوم والزنك والمعادن القلوية الأرضية.
• تتميز القواعد بأن ملمسها يكون زلقًا مثل الصابون، ومع ذلك يفضل عدم لمسها.
• تتشارك الأحماض والقلويات سويًا ببعض الخصائص حيث أنها تتفاعل سويًا مكونة الأملاح والماء.
• إن المحاليل الخاصة بكل من القواعد والأحماض تكون قادرة على أن توصيل الكهرباء.
• أغلب القواعد والأحماض التي تكون قوية لا يجب لمسها لأنه ينتج عنها الكثير من الحروق للجلد.
• تشترك القواعد والأحماض أنها مواد تسبب تآكل بالطبيعة، كما تقوم بتكوين الصدأ على المواد.

الأحماض والقواعد القوية والضعيفة

إن الأحماض والقواعد تنقسم إلى نوعين القوى والضعيف يجب ذكرهم في بحث عن الاحماض والقواعد في الكيمياء، وسوف نوضح لكم كلًا منهم على حدة كالتالي:

 تُعريف الأحماض القوية

هي عبارة عن مركبات تكون جزيئية وتقوم بالتأيّن بشكل كلي في المحاليل المائية الخاصة بها، وتقوم بالتفكك وتتحول لهيدروجين وتكون أيون تكون شحنته سالبة، ومن الجدير بالذكر أن عدد هذه الأحماض منخفض إلى حد كبير.

أمثلة الأحماض القوية

• حمض الهيدروكلوريك.
• حمض الهيدرويوديك.
• حمض الهيدروبروميك (HBr).
• حمض النيتريك.
• حمض الكبريتيك H2SO4 .
• حمض البيركلوريك HclO4.

تعريف الأحماض الضعيفة

هي الأحماض التي لا تستطيع أن تتأيّن بشكل كلي في المحاليل الخاصة بها، مثل حمض الأسيتيك والذي لا يتحلل بالماء إلا بمعدل مئوي بسيط، ويتأثر هذا المعدل بناءًا على مدى تركيز الحمض الضعيف في المحلول، وفي معظم الأوقات يلاحظ في هيئة جزيئات لا تكون منفصلة.

أمثلة الأحماض الضعيفة

تتمثل في أي حمض غير الذي تم ذكره في أمثلة الأحماض القوية، ومن أمثلتها:

• حمض الهيدروسيانيك HCN.
• حمض كبريتيد الهيدروجين H2S .
• حمض الميثانويك HCOOH.
• حمض الهيدروكلوريك HF.

تعريف القواعد القوية

تشبه القواعد القوية الأحماض القوية، حيث أنها تستطيع أن تتأيّن كليًا بالمحلول المائي الخاص بها، وبعد ذلك تتفكك إلى أيونات منفصلة، ويتم تقسيمها بناءًا على مستوى تأيّنها، ويوجد منها عدد قليل.

 أمثلة القواعد القوية

تتمثل في عناصر الهيدروكسيدات والتي توجد في كلًا من المجموعة الأولى وكذلك الثانية، ومن أهم أمثلتها:

• هيدروكسيد الليثيوم LiON.
• هيدروكسيد الصوديوم NaOH.
•  هيدروكسيد البوتاسيوم KOH.
•  هيدروكسيد السيزيوم CsOH.
• هيدروكسيد الروبيديوم RbOH.

تعريف القواعد الضعيفة

هي عبارة عن مركبات تكون جزيئية ولكنها لا تستطيع أن تتأيّن كليًا في المحلول المائي الخاص بها.

أمثلة القواعد الضعيفة

تعد كافة القواعد الأخرى غير الهيدروكسيدات قواعد ضعيفة، مثل التالي:

• الأمونيا NH3.
• ميثيل أمين CH3NH2.
• البَيريدِين C5H5N.

الرقم الهيدروجيني

حتى يتم عمل بحث عن الاحماض والقواعد في الكيمياء يحب أن نقوم بذكر معلومات عن الرقم الهيدروجيني، كالتالي:

• لقد قال الكيميائيين أنهم قد واجهوا عدة مشاكل عند حساب التركيز الخاص بأيونات عنصر الهيدرونيوم +H3O وهذا كان عندما عملوا على الأحماض.
• فلقد وجدوا أن كافة أرقام الحسابات لديها أسس سالبة، ولهذا قاموا باكتشاف الرقم الهيدروجيني PH، وتم هكذا حل تلك المسئلة، حيث قام العالم سورين سورينسن باستخدام اللوغاريتم الذي يكون سالبًا حتى يتم قياس التركيز الخاص بالهيدروجين ومعرفة نسبة حامضية المواد، وكان ذلك بعام 1909.
• يرمز إلى الهيدروجين PH حيث يشير حرف P إلى القوة الخاصة بالعدد ما يسمى بالأُس، ويشير حرف H إلى الهيدروجين، يمكن القول أن الرقم الهيدروجيني هو عبارة عن مؤشر يمكن من خلاله معرفة نسبة قاعدية أو حمضية المحلول.
• يتم تدرج المقاييس من أقل قيمة يمكن أن تصل لها وهي صفر وحتى أكثر قيمة مرتفعة يمكن أن تصل لها وهي 14، وتدل القيم التي تتراوح نسبتها من صفر وحتى 6 إلى أن تلك المادة من الأحماض، وعندما تكون القيم بين ال 8 وال14 فهنا تكون تلك المادة من القواعد، أما إذا كانت القيمة 7 فهنا تكون المادة متعادلة.

شاهد أيضًا: الكيمياء العضوية وكيمياء المبلمرات يشتركان في دراسة

محاليل الأحماض والقواعد

استكمالًا لموضوع بحث عن الاحماض والقواعد في الكيمياء يجب أن نقوم بالتعرف على المحاليل الخاصة بكل من الحمض والقواعد، كالتالي:

محاليل الأحماض

تتكون من خلال إنتاج الأحماض لعنصر الهيدروجين والأيون السالب، وهنا يمكن أن نوضح كيف تتكون المحاليل الخاصة بالأحماض من خلال المعادلة التالية، والتي يرمز فيها للأيون السالب بحرف A فتكون HA  → H+ + A-، ويمكن أن نوضح التكوين الخاص بالمحلول الحمضي من خلال المعادلة التالية حيث يشير حرف M إلى الأيون الموجب  -MOH  → M+ + OH، مثل المحلول الخاص بهيدروكسيد الصوديوم -NaOH   → Na+ + OH.

أمثلة محاليل الأحماض

• المحلول الخاص بحمض الهيدروكلوريك -HCl  → H+ + Cl.
•  محلول حمض النيتريك HNO→ H+ + NO3.
• محلول  حمض الأسيتيك .CH3COOH  → H+ + CH3COO

محاليل القواعد

تعرف على أنها مجموعة من المركبات التي تكون أيونية والتي ينتج عنها بالمحاليل عنصر الهيدروكسيد السالب -OH، والأكسيد -O2، والكربونات CO3-2، والبيكربونات -HCO3.

أمثلة على المحاليل القاعدية

تتكون المحاليل القاعدية من الكربونات والأكسيد، والبيكربونات بطريقة معقدة، ولكنها تقوم بالتفاعل عندما توضع بالماء لتكون الأيون الخاص بالهيدروكسيد، ومن أمثلتها ما يلي:

• محلول أكسيد الصوديوم -Na2O + H2O  → Na+ + OH.
• محلول كربونات الصوديوم -Na2CO3 + H2O  → H2CO3 + Na+ + OH.
• محلول بيكربونات الصوديوم NaHCO3 + H2O  → H2CO3 + Na+ + OH-.

 تفاعلات الأحماض والقواعد

يجب أن نقوم بتعريف التفاعلات الخاصة بالأحماض والقواعد عند عمل بحث عن الاحماض والقواعد في الكيمياء، كالتالي:

• إن التفاعل الكيميائي الذي يكون بين القواعد والأحماض يكون بنسب متعادلة لحد كبير، وهذا يكون معناه أن الكمية الخاصة بأيون الهيدروجين والهيدروكسيد تتساوى عند التفاعل، مما يتسبب في إنتاج محلول متعادل يكون متكونًا من الماء والأملاح، مثل كلوريد الصوديوم، وكبريتات المغنسيوم، وأسيتات البوتاسيوم.
• تؤثر نوعية القاعدة التي تدخل في التفاعل حيث يمكن أن ينتج عنها ثاني أكسيد الكربون، وإذا قامت العناصر التي تنتج من التفاعل بالتفاعل مرة أخرى مع الماء تقوم بإنتاج محلول له تأثير حمضي أو قاعدي.

أنواع التفاعل الخاصة بالأحماض والقواعد

إن الأحماض والقواعد لهم أربعة أنواع من التفاعلات الأساسية والتي تتباين على حسب نوعية القاعدة الموجودة بالتفاعل، وهم كالتالي:

تفاعل بين الحمض وهيدروكسيدات المعادن

ينتج عنه الملح والماء، مثلما عندما يتفاعل حمض الهيدروكلوريك HCl، مع العنصر القاعدي هيدروكسيد الصوديوم NaOH لينتج عنهم ملح كلوريد الصوديوم NaCl، وإليكم المعادلة HCl + NaOH → NaCl + H2O.

تفاعل الحمض وأكاسيد المعادن

ينتج عنه الماء والأملاح مثل تفاعل حمض الهيدروكلوريك HCl مع أكسيد الصوديوم Na2O، لينتج عنهم ملح كلوريد الصوديوم NaCl وكذلك الماء، وإليكم المعادلة HCl + Na2O → NaCl + H2O.

تفاعل الحمض وكربونات المعادن

ينتج عنه الأملاح والماء وغاز ثاني أكسيد الكربون مثل تفاعل حمض الهيدروكلوريك HCl وكربونات الصوديوم Na2CO3 ليتم إنتاج ملح كلوريد الصوديوم NaCl والماء، وغاز ثاني أكسيد الكربون، وإليكم المعادلة   HCl + Na2CO3 → NaCl + CO2 + H2O.

تفاعل الحمض وبيكربونات المعادن

ينتج عنه غاز ثاني أكسيد الكربون، والأملاح والماء، مثل تفاعل حمض الهيدروكلوريك HCl وبيكربونات الصوديوم Na2CO3 ليتم إنتاج غاز ثاني أكسيد الكربون، والماء وملح كلوريد الصوديوم NaCl وإليكم المعادلة   HCl + NaHCO3 → NaCl + CO2 + H2O.

كواشف الأحماض والقواعد

يتم تعريفها على أنها قواعد أو أحماض تتميز بالضعف حيث يتحول لونها على حسب الرقم الهيدروجيني، ويطلق عليها مؤشرات الرقم الهيدروجيني، وإليكم توضيح للكواشف الكيميائية وكيف بتحول لونها على أساس المادة سواء القاعدية أو الحمضية، كالتالي:

• اسم الكاشف هو الأزرق الثايمول: تحول أول، ولونه بالحمض أحمر، ويتحول لونه في القاعدة للأصفر، وثابت الحموضة pK له يكون ١.٥، ورقمه الهيدروجيني هو 1.2-2.8.
• اسم الكاشف هو برتقالي الميثيل: ويكون لونه بالحمض أحمر، ويتحول في القاعدة للأصفر، وثابت الحموضة به هو 3.7، ورقمه الهيدروجيني هو  3.2-4.4.
• اسم الكاشف هو أخضر البروموكريسول: ولونه بالحمض أصفر ويتحول في القاعدة للأزرق، وثابت الحموضة له هو 4.7، ورقمه الهيدروجيني هو 3.8-5.4.
• اسم الكاشف هو أحمر الميثيل: ولونه بالحمض أصفر، ويتحول للأحمر بالقاعدة، وثابت حموضته هو 5.1، ورقمه الهيدروجيني هو 4.8-6.0.
• اسم الكاشف هو أزرق البروموثايمول: ولونه بالحمض أصفر ويتغير للأزرق بالقاعدة، وثابت حموضته هو 7.0، ورقمه الهيدروجيني هو 6.0-7.6.
• اسم الكاشف هو أحمر الفينول: ولونه بالحمض هو أصفر، ويتحول للأحمر بالقاعدة، وثابت الحموضة له هو 7.9، ورقمه الهيدروجيني  6.8-8.4.
• اسم الكاشف أزرق الثايمول: تحول ثاني، ولونه بالحمض أصفر ويتغير للأزرق بالقاعدة، وثابت الحموضة له هو 8.9، ورقمه الهيدروجيني هو 8.0-9.6.
• اسم الكاشف هو فينول فثالين: ولا يوجد له لون عندما يوضع بالحمض، ويتميز باللون الأرجواني مع القاعدة، وثابت الحموضة به هو 9.4، ورقمه الهيدروجيني 8.2-10.0.

استخدامات الأحماض والقواعد

لا يمكننا إنهاء بحث عن الاحماض والقواعد في الكيمياء دون أن نقوم بذكر أهم استخداماتهم، وإليكم استخدامات بعض الأحماض فيما يلي:

• يمكن استخدام حمض الأسيتيك وهو محلول الخل المخفف في المنزل بشكل مكثف، كما يتم حفظ فيه الطعام.
• يعتبر حمض الستريك من أهم مكونات الليمون والبرتقال ويتم استخدامه في حفظ الأغذية أيضًا.
• يدخل حمض الكبريتيك في بعض الصناعات مثل البطاريات.
• يتم استخدام حمضي النيتريك، والكبريتيك في صنع الأسمدة، والدهان، والمتفجرات، والأصباغ.
• يدخل حمض الفوسفوريك في صناعة المشروب الغازي، وبعد من أهم مكوناته.
• يمكن استخدام حمض الهيدروكلوريك في بعض الصناعات مثل الصلب ويستخدم في عملية تنظيف بعض الصفائح التي تكون معدنية قبل أن تخضع للمعالجة.

استخدامات القواعد

للقواعد الكثير من الاستخدامات في مجالات مختلفة، كالتالي:

• يتم استخدام هيدروكسيد المغنيسيوم وهو يطلق عليه حليب المغنيسيا، على أنه مضاد للحموضة فيقوم بخفض معدل حموضة المعدة التي تسبب الكثير من الانزعاج للفرد، ويستخدم كملين أيضًا.
• يعتبر هيدروكسيد الأمونيوم من أهم الكاشفات التي يتم استخدامها بالمختبرات.
• يدخل هيدروكسيد الصوديوم في بعض الصناعات مثل الحرير الصناعي، والصابون والأوراق، كما يساعد في التخلص من اللغنين الموجود بلب الورق، ويقوم صانعي الأغذية باستخدامه كمادة كيميائية آمنة لتقشير الفاكهة.
• يتم استخدام هيدروكسيد الكالسيوم والذي يطلق عليه الجير المطفأ في صناعة المسحوق الخاص بالتبييض، ويقوم بمعادلة نسبة الحموضة الموجودة في التربة، ويدخل في صناعة المواد الجافة المستخدمة في شغل الزخارف والدهان، ويوضع كملاط بين ثنايا الطوب أثناء البناء.
• يعد بيكربونات الصوديوم أو صودا الخبز من أهم محتويات صناعة الخبز.

خاتمة بحث عن الاحماض والقواعد

إن الأحماض والقواعد يعدان من الأمور الهامة بشكل كبير في حياة الإنسان فهو يعتمد عليهم في الكثير من الصناعات الهامة، كما أن لهم تأثير كبير على الأراضي الزراعية وعلى المباني، وأصبحوا لهم شأن كبير وبدأ العلماء يقومون بالعديد من الدراسات عنهم حتى يستطيعوا الاستفادة القصوى منهم.

شاهد أيضًا: بحث عن أي موضوع في الكيمياء

لقد تعرفنا من خلال المقال على بحث عن الاحماض والقواعد في الكيمياء بشكل مفصل وشامل، ووضحنا لكم أهم خصائص كل منهم وكذلك أهم الاستخدامات والصناعات التي يدخلون بها، وقمنا بتوضيح بعض خصائص المواد المحايدة.