التعاريف التاريخية للأحماض والقواعد

لفترة طويلة ، تم التعرف على المواد ذات الخصائص الخاصة ذات الأهمية العملية واستخدامها ، والتي تُعرف حاليًا باسم الأحماض والقواعد ، والتي يتم تعريفها على أنها كواشف كيميائية شائعة جدًا ، والتي يمكن تطوير جزء كبير منها. مركبات كيميائية في وسط مائي.

هناك بعض ردود الفعل التي تنطوي على الأحماض والقواعد، تسمى القاعدة الحمضية ، والتي من أجل دراستها ، يجب تطبيق مبادئ التوازن الكيميائي على المحاليل ، في هذا النوع من التفاعلات هناك مادة تلعب دورًا مهمًا للغاية ، وهي تسمى المذيب ، لأن الأحماض والقواعد هم عادة ما تتبادل البروتونات معها ، وبفضل هذا يمكن أيضًا أن تسمى تفاعلات تبادل البروتون.

في العصور القديمة كان معروفًا بالفعل أن بعض الأطعمة مثل الخل والليمون لها طعم حمضي مميز ، على الرغم من أنني لم أعرف سبب مذاقها الخاص إلا قبل بضعة قرون. تأتي كلمة حمض في الواقع من اللغة اللاتينية القديمة ، بالضبط من مصطلح "حامض" الذي يترجم إلى حامض.

ما هي الأحماض؟

يُسمى هذا أي مركب كيميائي ينتج ، عند خوضه لعملية انحلال في الماء ، محلولًا به نشاط كاتيون الهيدرونيوم أكبر من نفس الماء في أنقى حالته ، وفي هذه الحالة يتم تقديم درجة حموضة أقل من 7.

أي مادة كيميائية تمتلك خصائص حمض تسمى المواد الحمضية.

خصائص الأحماض

من بين أهم خصائص وخصائص الأحماض ما يلي.

• لديهم جودة التفاعل مع مواد تسمى القواعد ، من أجل تكوين الملح والماء.
• فهي شديدة التآكل بسبب مكوناتها.
• تعمل كموصلات ممتازة للكهرباء في البيئات الرطبة أو المائية.
• لديهم طعم غريب أو حامضومن الأمثلة على ذلك الأطعمة التي تحتوي على حامض الستريك مثل البرتقال والليمون والجريب فروت والليمون وغيرها.
• يمكن أن تتفاعل مع أكاسيد المعادن لتكوين الملح بالإضافة إلى الماء ، تمامًا مثل التفاعل الذي يحدث مع المواد الأساسية.
• في بعض الحالات يمكن أن تكون ضارة ، بل وتسبب حروقًا في الجلد.
• لديها القدرة على توليد الملح والهيدروجين من خلال عملية تفاعل مع المعادن النشطة.
• له صفات تجعل الفينول فثالين ، وبالتالي يمكن أن يتسبب في تغيير لون ورق عباد الشمس ، على سبيل المثال من البرتقالي إلى الأحمر ، ومن الأزرق إلى الوردي.

ما هي القواعد؟

ويعرف هذا أيضًا باسم القلوي ، أصله من اللغة العربية ، بالضبط من كلمة "القلي" ، ويطلق عليهم اسم كل هؤلاء المواد التي لها خصائص قلوية ، على الرغم من أنه يمكن أيضًا تحديده على أنه أي محلول ، عند تعريضه لمحلول مائي ، يقدم أيونات إلى الوسط.

خصائص القواعد

قرر بويل أن هذه المواد هي كل تلك التي تمتلك الخصائص التالية.

• لمسة يمكن ملاحظتها أنها صابونية في الطبيعة.
• تتميز بطعمها المر المميز.
• لديهم القدرة على التفاعل مع الأحماض ، من أجل توليد الملح والمزيد من الماء.
• يمكنهم تحويل ورق عباد الشمس من الأحمر إلى الأزرق.
• إنها قابلة للذوبان في الماء ، خاصة عندما يتعلق الأمر بالهيدروكسيدات.
• الغالبية العظمى مما يسمى المواد الأساسية ضارة بجلد الإنسان ، لأن لها خصائص تضر الأنسجة.

على الرغم من أن بويل وغيره من الكيميائيين العظماء حاولوا عدة مرات شرح سبب تصرف الأحماض والقواعد بهذه الطريقة ، لم يتم قبول التعريف الأول للأحماض والقواعد إلا بعد 200 عام.

التفاعلات الحمضية القاعدية

يُعرف أيضًا باسم تفاعل التعادل ، ويطلق عليه تفاعل كيميائي يحدث بين حمض وقاعدة ينتج عنه ملح وماء. وتجدر الإشارة إلى أن كلمة ملح تصف أي مركب له خصائص أيونية ، يأتي كاتيونه من قاعدة معينة.

ال تفاعلات التعادل، حيث يجب أن يكون هناك دائمًا وجود الأحماض والقواعد ، فهي في معظم الحالات طاردة للحرارة ، مما يعني أنها تطلق الطاقة في عملياتها ، ويسمى هذا التفاعل بالتعادل لأنه عندما يتم دمج حمض مع قاعدة ، فإنهما يحيدان بعضهما البعض ، وترك ممتلكاتهم لاغية.

ممارسة التفاعل الحمضي القاعدي

للبدء بعملية تفاعل معادلة ، من الضروري أن يكون لديك دورق Erlenmeyer ، حيث يتم وضع محلول حمض الهيدروكلوريك ، وفي المقابل يتم إضافة بضع قطرات من مؤشر الفينول فثالين ، يتحول إلى اللون الوردي في وسط أساسي ، ولكن عندما يكون كذلك توجد في وسط حمضي ولا تظهر أي لون لذلك فهي عديمة اللون.

يتم إنتاج معادلات الحمض والقاعدة بالتساوي ، أي "مكافئ مكافئ" ، وهذا يعني أنه سيتم دائمًا تحييد ما يعادل الحمض تمامًا بواسطة مكافئ من أي نوع من القواعد.

بعد العملية السابقة ، يتم وضع محلول هيدروكسيد الصوديوم في سحاحة ثم فتح الصنبور بحذر وببطء ، وعندما يتساقط شيئًا فشيئًا ، سيتفاعل مع حمض الهيدروكلوريك لتكوين الماء وكلوريد الصوديوم ، هذا له تأثير على زيادة الرقم الهيدروجينيوتنخفض مستويات الحمض.

بمجرد استخدام كل الحمض ، تضاف القطرة التالية من القاعدة إلى المحلول الأساسي ، مع تأثير تحول المؤشر إلى اللون الوردي ، وهذا يساعد على إدراك أن الحمض قد تم تحييده تمامًا.

بشكل عام ، يتم تحديد كتلة المكافئ بالجرام مع الأخذ في الاعتبار نوع المادة ، وذلك لأن المواد مختلفة ، ولكل منها خصائصها الخاصة ، على سبيل المثال حساب الملح ليس هو نفسه حساب الحمض ، أيضًا مراعاة نوع التفاعل الذي يتم إجراؤه ، نظرًا لاختلاف أبعاد المواد اعتمادًا على نوع التفاعل ، وبالتالي لا يمكن إعادة استخدام الحسابات.

الكتلة المولية للحمض مقسومة على عدد الهيدروجين التي يمكن فصلها عنه تساوي كتلة جرام واحد مكافئ لحمض معين.

أكثر أنواع القاعدة شيوعًا بين كل تلك الموجودة هو الهيدروكسيد ، ويتم تحديد مكافئ الجرام بقسمة كتلته المولية على عدد مجموعات الهيدروكسيد في الهيدروكسيد.

يتم حساب حجم هذه التفاعلات عن طريق معادلة تسمح بتحييد حمض معين لقاعدة ما هو: Nإلى * VA = Nب * Va, الأول هو خصائص الحمض والباقي خصائص القاعدة.

من أجل حساب الحالة الطبيعية للمحلول الحمضي ، يتعين على المرء المضي قدمًا على النحو التالي: الحالة الطبيعية = المولارية.

أهمية تفاعل الحمض القاعدي

لها أهمية وثيقة الصلة من حيث قدرتها كتقنيات للتحليل الكمي للأحجام ، والتي يتم تحديد عملياتها على أنها معايرة حمضية قاعدية.

لأداء ردود الفعل هذه عادة ما يتم استخدام حل مؤشر، والتي تعمل كدليل لمعرفة نقطة التعادل ، وكيف تتطور ، على الرغم من وجود بعض العمليات الكهروكيميائية لأداء مهام معينة.

يمكن إظهار ثلاثة أنواع من التفاعلات مقسمة بناءً على خصائص الأحماض والقواعد ، خاصة فيما إذا كانت ضعيفة أم قوية ، مثل ما يلي.

تفاعل حمض وقاعدة ضعيفة

في هذه ، يمكن ملاحظة أن كاتيون القاعدة وأنيون الحمض يخضعان للتحلل المائي ، لذا فإن الرقم الهيدروجيني الخاص بهما يساوي> 7 إذا كان الحمض أضعف ، وإذا كانت القاعدة أضعف فهو <7.

تفاعل بين قاعدة قوية وحمض ضعيف

في هذه الحالة ، يمكن ملاحظة كيف أن أنيون الحمض فقط يخضع للتحلل المائي ، لذلك يبقى الرقم الهيدروجيني الخاص به عند <7.

تفاعل بين قاعدة ضعيفة وحمض قوي

في هذا النوع من التفاعل ، يُلاحظ فقط كيف يخضع الكاتيون الأساسي للتحلل المائي ، لذلك يبقى الرقم الهيدروجيني فيه> 7.

من أجل اختيار المؤشر المثالي لكل نوع من أنواع التفاعل ، من الضروري معرفة كيف سيكون الرقم الهيدروجيني النهائي ، من أجل حساب نقطة التكافؤ بشكل صحيح.

التعاريف التاريخية للتفاعل الحمضي القاعدي

كان هناك الكثير تعريفات عملية التفاعل هذه بين الأحماض والقواعدتظهر أهمية ذلك وفقًا لقدرة التحليل التي يحتوي عليها كل واحد ، وأكثر عندما يتم تطبيقه على معادلة التفاعلات مع المواد السائلة أو الغازية ، أو عندما تكون خصائص وخصائص الأحماض والقواعد أقل وضوحًا.

تعريف أنطوان لافوازييه

كانت معرفة لافوازييه مقتصرة على الأحماض القوية في البداية ، لأنها كانت أكثر تحديدًا للأكسيدات التي لديها حالة أكسدة عالية في ذراتها المركزية ، والتي كانت بدورها محاطة بذرات الأكسجين ، ومع ذلك لم يكن لديه معرفة كاملة بالحمضية. الأحماض ، تمكن من إنشاء الأحماض من خلال تحديدها على أنها محتوى الأكسجين ، لذلك كان عليه استخدام اللغة اليونانية القديمة لتسمية منشئ الأحماض هذا.

تم تصنيف هذه النظرية أو التعريف على أنه الأكثر أهمية لمدة 30 عامًا مذهلة ، ولكن في عام 1810 تم نشر مقال أظهر بعض التناقضات مع القواعد والأسس ، مما جعل تعريف لافوازييه يفقد مصداقيته.

تعريف برونستيد-لوري  

تمت صياغة هذا التعريف بشكل مستقل في عام 1923 ، والذي يمكن ملاحظة قواعده في بروتون القواعد ، من خلال عملية نزع البروتون من الأحماض ، والتي يمكن تعريفها لفهم أكبر على أنها قدرة الأحماض على التبرع بالكاتيونات الهيدروجينية للقواعد ، والتي المضي قدما في قبول هذا الإجراء.

هذا له اختلاف كبير مع تعريف أرهينيوس ، لأنه لا يتكون في تكوين الماء والملح ، بل في تكوين الأحماض والقواعد المترافقة ، والتي يتم تحقيقها عن طريق نقل البروتون الذي يمكن أن يصنع حمضًا لتوصيله. إلى القاعدة.

في هذا التعريف ، يمكن ملاحظة تغيير جذري في المصطلحات التي تُعرف بها الأحماض والقواعد ، لأن الحمض يُعرف بالمركب الذي لديه القدرة على التبرع بالبروتون ، بينما القواعد هي كل تلك المواد التي تم تمكينها لاستقبال البروتون ، نتيجة لذلك ، يمكن القول أن تفاعل القاعدة الحمضية هو إزالة كاتيون الهيدروجين من الحمض ، وبشكل افتراضي إضافة هذا إلى القاعدة.

تريد هذه العملية الإشارة إلى إزالة البروتون من نواة الذرة ، فهذه العملية ليست سهلة التحقيق ، حيث أن التفكك البسيط للأحماض لا يكفي ، بل من الضروري المضي قدما في القضاء على الهيدروجين الموجبة.

تعريف لويس

يتضمن هذا التعريف أسس نظرية برونستيد-لوري بالإضافة إلى مفهوم أن هذا المقترح لنظام المذيبات ، تم افتراض هذه النظرية في عام 1923 من قبل الكيميائي جيلبرت لويس.

يقترح لويس في هذا التعريف قاعدة أطلق عليها اسم "قاعدة لويس" التي لديها القدرة على التبرع بزوج إلكتروني وأحماض مثل "حمض لويس" باعتباره المستقبل الخاص للزوج الإلكتروني المذكور. يختلف هذا التعريف تمامًا عن التعريفات المقترحة والمفترضة أعلاه ، لأنها لا تذكر أن الأحماض والقواعد تقاس بالبروتونات أو ببعض المواد المرتبطة.

يفترض هذا في نظريته أن الأنيون هو الحمض ، وأن الكاتيون هو القاعدة التي لها زوج إلكتروني غير مشترك ، إذا تم استخدام هذا التعريف ، يمكن فهم تفاعل القاعدة الحمضية على أنه التبرع المباشر بزوج إلكتروني يأتي من الأنيون ، وإيصاله إلى الكاتيون ، وإدارة تكوين رابطة تساهمية منسقة. يُعرف هذا المزيج بتكوين المركب الأكثر حيوية للحياة ، وهو الماء.

تعريف Liebig

تم اقتراح هذا في عام 1828 ، بعد بضعة عقود من نظرية لافوازييه ، استندت هذه النظرية إلى عمله المكثف على التركيب الكيميائي للأحماض العضوية. قبل هذا التعريف ، كان هناك تمييز عقائدي بدأه ديفي ، والذي ركز أكثر من أي شيء آخر على الأحماض القائمة على الأكسجين ، والأحماض القائمة على الهيدروجين.

وفقًا لـ Liebig ، يمكن تعريف الحمض على أنه مادة تحتوي في حد ذاتها على الهيدروجين ، ويمكن حتى استبدالها أو تغييرها بواسطة معدن. على الرغم من أن هذه النظرية تستند في الغالب إلى الأساليب التجريبية ، إلا أنها تمكنت من أن تظل سارية لمدة 5 عقود.

تعريف ارهينيوس

سعى الكيميائي السويدي Svante Arrhenius إلى تحديث المصطلحات والتعريفات التي تم إعطاؤها للتفاعل الذي حدث بين الأحماض والقواعد ، سعياً بدوره إلى تبسيط شروط ذلك.

في عام 1884 قام بعمل مشترك مع فريدريش فيلهلم تمكنوا من خلاله من إثبات وجود الأيونات في محلول مائي ، نظرًا لأهمية عمل معين ، مُنح أرينيوس فرصة رائعة للحصول على جائزة نوبل في الكيمياء في العام. 1903.

يمكن وصف التعريف التقليدي للحمض المائي على أنه التكوين الغريب للمكون المعروف باسم الماء من أيونات الهيدروكسيل والهيدروجين ، أو أيضًا كتكوين هذه من تفكك الأحماض وقاعدة في محلول مائي.

تعريف بيرسون (صلب ناعم)

هذا التعريف افترضه رالف بيرسون في عام 1963 على الرغم من أنه تم تطويره بقوة أكبر في عام 1984 بدعم من عمل روبرت بار ، واسمه رد الفعل الحمضي القاسي الناعم ، يتم استخدام هذه الصفات على النحو التالي ، يتم استخدام Soft للإشارة إلى التوابل الكبيرة التي تحتوي على نسبة منخفضة  حالات الأكسدة ، وهي مستقطبة بشدة ، يستخدم Hard للإشارة إلى أصغر الأنواع ، وتتميز بحالات أكسدة أعلى.

كان هذا التعريف مفيدًا جدًا لعمليات الكيمياء العضوية وغير العضوية ، وتشير ممارساته الرئيسية إلى أن الأحماض والقواعد يمكن أن تتفاعل مع بعضها البعض ، والأكثر شيوعًا هي تفاعلات المركبات التي لها نفس الصفات ، على سبيل المثال - لينة أو صلبة.

تُعرف هذه النظرية أيضًا باسم تعريف ABDB ، وهي مفيدة جدًا للتنبؤ بمنتجات تفاعلات التفاعل الكيميائي مزدوج التبادل. لقد ثبت اليوم أن هذا التفاعل يمكن أن يبرهن على حساسية وأداء المواد المتفجرة.

تعتمد هذه النظرية على الخصائص النوعية أكثر من الخصائص الكمية ، مما يساعد على فهم العوامل السائدة في الكيمياء والتفاعلات بطريقة أبسط.

تعريف Usanovich

قدم ميخائيل أوسانوفيتش ، الكيميائي الروسي ، تعريفًا لما يعنيه تفاعل الحمض القاعدي ، ويمكن القول أن هذا هو الأكثر تعميمًا على الإطلاق ، حيث تم تحديد أن الأحماض هي كل تلك المواد الكيميائية القادرة على تقبل الأنواع السلبية ، أو إذا تعذر ذلك ، تبرع بالأنواع الإيجابية ، مفهوم القاعدة الذي قدمه أوسانوفيتش ، عكس مفهوم الأحماض.

يتزامن تفاعل الأحماض والقواعد الذي اقترحه الكيميائي الروسي مع تفاعل كيميائي آخر ، يُعرف باسم "تفاعل الأكسدة والاختزال" والذي يتضمن تفاعل الأكسدة والاختزال ، لذا فهو لا يحظى بتأييد الكيميائيين.

تستند معظم التفاعلات المقترحة على تكوين الرابطة وانكسارها ، ولكن تم وضع الأكسدة والاختزال ، وتفاعلات Usanovich كعمليات نقل إلكترونية مادية ، مما يؤدي إلى انتشار التمييز بين هذين الاثنين تمامًا.

تعريف Lux-Flood

يستخدم هذا التعريف بشكل عام في الجيوكيمياء الحديثة والكيمياء الكهربية للأملاح المنصهرة ، والتي تم فرضها في عام 1939 من قبل الكيميائي الألماني المعروف باسم هيرمان لوكس ، وتم تطويره مرة أخرى لتحقيق تحسن كبير في عام 1947 بواسطة الكيميائي هاكون فلود ، لهذا السبب معروف على رد الفعل هذا من قبل اثنين من ألقاب نفس.

في هذا يمكن للمرء أن يقدّر المفاهيم الغريبة جدًا للأحماض والقواعد ، حيث أن القاعدة هي مانح لأنيونات الأكسيد ، بينما الأحماض هي متلقية للأنيونات المذكورة.

تعريف نظام المذيبات

من المهم جدًا معرفة هذا التعريف فيما يتعلق بهذه القضية ، حيث أن العديد من الكيميائيين الذين نفذوا نظرياتهم على مر السنين قد علقوا أحيانًا على نظام المذيبات ، والذي يعتمد على تعميم تعريف أرهينيوس. المعروض أعلاه.

يوجد قدر معين من الأنواع الإيجابية في معظم هذه المذيبات ، والمعروفة باسم كاتيونات السولفونيوم ، وفي حالة عدم حدوث ذلك ، فإنها تحتوي أيضًا على أنواع سلبية مثل أنيون السولفونيوم ، والتي تكون في حالة توازن مع الجزيئات المحايدة للمذيب.

في هذا التعريف ، يمكن وصف القاعدة بأنها مادة مذابة تسبب زيادة في تركيز كاتيونات السولفونيوم ، بينما الأحماض هي تلك التي تسبب انخفاض في أنيون السولفونيوم.

يعتمد هذا التعريف على كل من المركب والمذيب ، لذلك اعتمادًا على المذيب المختار ، قد يكون للمركب القدرة على تغيير سلوكه.

من المثير للاهتمام كيف تحدث الكيميائيون المختلفون من أجزاء مختلفة من العالم ، وأزمنة مختلفة ، واقترحوا تعريفًا مختلفًا حول نفس الموضوع ، وهذا بدوره مهم جدًا لدراسة وتاريخ الكيمياء ، لأن الجمع مع كل هذه المصطلحات ، كان من الممكن معرفة جميع الجوانب التي تم أخذها في الاعتبار حول الأحماض والقواعد وتفاعلاتها المعادلة بشكل أفضل.