مسيرة الاكتشاف: فهم خصائص الأحماض والقواعد عبر العصور

فهرس المحتويات

بدايات الفهم: تصنيف المواد عند الإغريق

في العصور القديمة، افتقر فهم خصائص الأحماض والقواعد إلى الدقة. اعتمد الإغريق على اختبارات بدائية، مثل تذوق المواد، لتصنيفها بناءً على طعمها (حامض، مر، مالح، أو حلو). وقد أطلقوا على المواد الحامضة، مثل الخل وعصير الليمون، اسم “أحماض”، مشتقة من الكلمة اللاتينية التي تعني “حامض الطعم”. لكن دراسة القواعد في تلك الفترة كانت محدودة للغاية.

التقدم في العصور الوسطى والإسلامية

مع ازدهار العلم في العصر الذهبي الإسلامي وعصر النهضة، ازداد فهم الكيميائيين للأحماض. اكتشفوا قدرة الأحماض القوية على تآكل المعادن و إذابة بعض الصخور. استخدموا العديد من المواد الحمضية والقاعدية، من بينها: الصودا (كربونات الصوديوم)، البوتاس (كربونات البوتاسيوم)، الأمونيا، حمض الهيدروكلوريك، حمض الكبريتيك، حمض الأسيتيك، حمض الستريك.

ثورة عباد الشمس: اختبارات جديدة

في حوالي عام 1300، استخدم العالم الإسباني أرنالدوس دي فيلا نوفا عباد الشمس لاختبار الأحماض والقواعد. طور روبرت بويل هذه التقنية، ملاحظاً تغير ألوان بعض المستخلصات النباتية في وجود الأحماض أو القواعد. فعلى سبيل المثال، يتحول شراب البنفسج من اللون الأزرق إلى الأخضر في وسط قاعدي وإلى الأحمر في وسط حمضي.

مقياس الأس الهيدروجيني: قياس دقيق للحموضة

في عام 1909، ابتكر العالم الدنماركي سورين سورنسن مقياس الأس الهيدروجيني (pH) لقياس درجة الحموضة بدقة. كان سورنسن يدرس تأثير حموضة المحلول على نشاط الإنزيمات، حيث لاحظ أن الحموضة تؤثر على قدرة الإنزيمات على تحفيز التفاعلات الكيميائية. يُعرف الرقم الهيدروجيني بأنه سالب لوغاريتم تركيز أيونات الهيدروجين (H⁺) في المحلول: pH = -log[H⁺]. يتراوح مقياس الأس الهيدروجيني من 0 إلى 14، حيث يشير الرقم الأقل من 7 إلى وسط حمضي، والأكثر من 7 إلى وسط قاعدي، والرقم 7 إلى وسط متعادل.

تصنيفات العلماء: من أرهينيوس إلى لويس

بعد تطوير مقياس الأس الهيدروجيني، وضع العديد من العلماء تعريفات مختلفة للأحماض والقواعد بناءً على سلوكها الكيميائي. برزت ثلاث نظريات رئيسية:

• نظرية أرهينيوس: يُعرّف الحمض بأنه مادة تزيد تركيز أيونات الهيدرونيوم (H₃O⁺) في المحلول، والقاعدة مادة تزيد تركيز أيونات الهيدروكسيد (OH^–).
• نظرية برونستد-لوري: يُعرّف الحمض بأنه مانح للبروتون (H⁺)، والقاعدة بأنه مستقبل للبروتون. هذه النظرية توسعت على نظرية أرهينيوس.
• نظرية لويس: وهي النظرية الأكثر شمولية، حيث يُعرّف الحمض بأنه مستقبل لزوج إلكترونات، والقاعدة بأنه مانح لزوج إلكترونات. وهذه النظرية تشمل حالات لا تشملها النظريتان السابقتان.

خصائص الأحماض: كيميائية وفيزيائية

للأحماض خصائص مميزة، منها: طعمها الحامض، تحويلها لورقة عباد الشمس من الأزرق إلى الأحمر، إنتاجها لغاز الهيدروجين عند تفاعلها مع بعض المعادن، رقم هيدروجيني أقل من 7، وقدرتها على توصيل التيار الكهربائي في المحاليل المائية (بعضها إلكتروليتات قوية، وبعضها ضعيفة).

خصائص القواعد: كيميائية وفيزيائية

أما القواعد، فتمتاز بطعمها المر، ملمسها اللزج، رقم هيدروجيني أكبر من 7، تحويلها لورقة عباد الشمس من الأحمر إلى الأزرق، وقدرتها على توصيل التيار الكهربائي في المحاليل المائية (بعضها إلكتروليتات قوية، وبعضها ضعيفة).