حل درس مقدمة في الأحماض والقواعد أحياء ثاني عشر متقدم

حل درس مقدمة في الأحماض والقواعد أحياء ثاني عشر متقدم

الأحماض والقواعد 

الأهداف 

• تحــدد الخـــواص الفيـزيـائـيــة والكيميائية للأحمـاض والقواعد .
• تصنف المحاليل إلى حمضية، أو قاعدية، أومتعادلة.
• تقارن بـين نـماذج أرهينيوس،وبرونسـتد – لـوري، ولويس للأحماض والقواعد .

خواص الأحماض والقواعد 

يطلق النمل حمض الميثانويك (الفورميك) عندما يشعر بخطر يهدد مستعمرته، فينبه أفراد المستعمرة كلها. أما الأحماض المذابة في ماء المطر فتؤدي إلى تكوين كهوف كبيرة في الصخور الجبرية وتؤدي أيضا إلى تلف الأبنية والمواقع الأثرية القيمة مع مرور الزمن. وتستعمل الأحماض في إضافة نكهة إلى الكثير من المشروبات والأطعمة التي تتناولها. وهناك أيضا حمض في المعدة يساعد على هضم الطعام. كذلك تلعب القواعد دورا في حياتك؛ فالصابون الذي تستعمله والأقراص المضادة للحموضة التي قد تتناولها عند اضطراب المعدة من القواعد. كما أن الكثير من المواد المنزلية كالتي استعملت في التجربة الاستهلالية أحماض أو قواعد .

الخواص الفيزيائية 

قد تكون بعض الخواص الفيزيائية للأحماض والقواعد مألوفة، فأنت تعلم مثلا أن المحاليل الحمضية طعمها لاذع، ومنها العديد من المشروبات الغازية التي تمتاز بهذا الطعم الاذع بسبب احتوائها على حمضي الكربونيك CO3 H2والفوسفوريك PO4 H3 ؛ ومنها الليمون والجريب فروت لاحتوائهما على حمضي الستريك والأسكوربيك؛ كما أن حمض الخل يجعل طعم الخل لاذعا . وربما تعلم أن المحاليل القاعدية طعمها مر ولها ملمس زلق فكر كيف تصبح قطعة الصابون زلقة عندما تبتل. ً لا تحاول أبدا تعرف أي حمض أو قاعدة أي مادة أخرى في المختبر عبر تذوقها أو لمسها .

التوصيل الكهربائي 

ومن الخواص الأخرى للمحاليل الحمضية والقاعدية مقدرتها على توصيل الكهرباء بسبب تأينها. فالماء النقي غير موصل للكهرباء، إلا أن إضافة حمض أو قاعدة إليه تنتج أيونات تجعل المحلول الناتج موصولا بالكهرباء .

الخواص الكيميائية 

يمكن تعرف الأحماض والقواعد من خلال تفاعلهما مع ورق تباع الشمس.ويمكن تعرف الأحماض أيضا من خلال تفاعلاتها مع بعض الفلزات وكربونات الفلزات يعد تباع الشمس نوعا من الأصباغ المستعملة عادة في التمييز بين محاليل الأحماض والقواعد، إذ تحول محاليل الأحماض لون ورق تباع الشمس الأزرق إلى الأحمر وتحول محاليل القواعد لون ورق تباع الشمس الأحمر إلى الأزرق .

التفاعل مع  الفلزات وكربونات الفلزات

 يتفاعل كل من الماغنسيوم والخارصين مع محاليل الأحماض، فينتج عن هذا التفاعل غاز الهيدروجين. وتصف المعادلة الآتية التفاعل بين الخارصين وحمض الهيدروكلوريك:وتتفاعل كربونات الفلزات -CO3 وكربونات الفلزات الهيدروجينية -HCO3 أيضا مع محاليل الأحماض منتجة غاز ثاني أكسيد الكربون CO2 .فعند إضافة الخل إلى صودا الخبز يحدث تفاعل بين حمض الإيثانويك (الخل) CH3COOH الذائب في الخل وكربونات الصوديوم الهيدروجينية NaHCO3 وتنتج غاز co2 الذي يسبب ظهور الفقاعات.يستعمل الجيولوجيون محلول حمض الهيدروكلوريك لتعرُّف الصخر الجيري (الذي يتكون بشكل رئيس من CaCO3 ،)فإذا أدت بضع قطرات من الحمض إلى إنتاج فقاعات ثاني أكسيد الكربون دل ذلك على أن الصخر يحتوي على مادة الجير.

أيونات الهيدرونيوم والهيدروكسيد 

 تحتوي المحاليل المائية جميعها على أيونات الهيدروجين +H وأيونات الهيدروكسيد -OH.وتحدد الكميات النسبية من الأيونين ما إذا كان المحلول حمضيا  أو قاعديا أو متعادلا والمحاليل المتعادلة ليست حمضية ولا قاعدية .يحتـوي المحلـول الحمـضي عـلى أيونـات هيدروجـين أكثـر مـن أيونـات الهيدروكسـيد. في حـين يحتـوي المحلول القاعدي على أيونات هيدروكسـيد أكثر من أيونات الهيدروجين. أما المحلول المتعادل فيحتوي على تركيزين متسـاويين من أيونات الهيدروجين وأيونات الهيدروكسـيد. ينتج الماء النقي أعدادا متساوية من أيونات +H وأيونات -OH في عملية تسمى التأين الذاتي إذ تتفاعل جزيئات الماء منتجة أيونات الهيدرونيوم +H3O ،وأيونات الهيدروكسيد.أيون الهيدرونيوم عبارة عن أيون هيدروجين مرتبط مع جزيء ماء برابطة تساهمية. ويمكن استعمال الرمزين H+ +H3O ْ بالتبادل، أي ّ وضع أحدهما مكان الآخر،

نموذج أرهينيوس 

إذا كان المـاء النقـي متعـادلا فكيـف يصبـح المحلـول المائـي حمضياأو قاعديا؟ كان أول شـخص يجيب عن هذا التسـاؤل الكيميائي السـويدي سـفانت أرهينيوس الذي اقترح عام 1883م ما يعرف الآن باسـم نموذج أرهينيـوس للأحماض والقواعد، الذي ينص عـلى أن الحمض مادة تحتوي عـلى الهيدروجـين، وتتأين في المحاليـل المائية منتجة أيونـات الهيدروجين.والقاعـدة مـادة تحتوي عـلى مجموعة الهيدروكسـيد، وتتفـكك في المحلول المائي منتجة أيون الهيدروكسـيد.

أحماض وقواعد  أرهينيوس

 تأمـل مـا يحدث عنـد إذابة غـاز كلوريد الهيدروجين في الماء بوصفه مثالا على نموذج أرهينيوس للأحماض والقواعد إذ تتأين جزيئات HCl ّ مكونة أيونات +H التي تجعل المحلول حمضي وعندمـا يـذوب المركب الأيوني هيدروكسـيد الصوديـوم NaOH في الماء فإنه يتحلل لينتج أيونات -OH التي تجعل المحلول قاعديا وعـلى الرغم من أن نموذج أرهينيوس يفـسر الكثير من المحاليل الحمضية والقاعديـة، إلا أنه لا يخلو من بعض السـلبيات؛ فمثـلا لا تحتوي الأمونيا NH3 وكربونات الصوديوم Na2CO3 على مجموعة الهيدروكسـيد، إلا أنًّ كلا منهـما ينتج أيونات الهيدروكسـيد عنـد إذابته في المـاء. وتعد كربونات الصوديوم المركب المسـؤول عن جعل بحيرة ناترون في تنزانيا ذات وسـط قاعـدي .لذا مـن الواضح أننـا بحاجة إلى نموذج أكثر دقة يشمل القواعد جميعها .

نموذج برونستد – لوري

 اقترح الكيميائي الدنماركي يوهان برونستد والكيميائي الإنجليزي توماس لوري نموذجا أشمل للأحماض والقواعد؛ حيث يركز على أيون الهيدروجين +H .ففي نموذج برونستد – لوري للأحماض والقواعد يكون الحمض هو المادة المانحة لأيون الهيدروجين، في حين تكون القاعدة هي المادة المستقبلة لهذا الأيون .

الأحماض والقواعد المرفقة 

 يعـد التفاعل الأمامي في التفاعل السـابق تفاعل حمض مع قاعدة. والتفاعـل العكـسي لحمـض وقاعدة أيضـا. ويعرف الحمـض والقاعدة اللـذان يتفاعـلان في الاتجاه العكـسي بأنهما حمـض مرافق مع قاعدة مرافقة. فالحمض المرافق (المقترن) هو المركب الكيميائي الذي ينتج عندما تستقبل القاعدة أيون الهيدروجين. فالقاعدة 2OH  تستقبل أيون الهيدروجين من الحمض  HX .فيكون الحمض المرافق H2O أما القاعدة المرافقة (المقترنة) فهي المركب الكيميائي الذي ينتج عندما يمنح الحمـض أيون الهيدروجين. فعندما يمنح الحمض HX أيون الهيدروجين يصبح القاعدة -X .وفي التفاعـل يمثل أيـون الهيدرونيوم +H3O الحمض المرافق للقاعدة H2O  ويمثل أيون -X القاعدة المرافقة للحمض HX .وتتكون تفاعلات برونستد – لوري من أزواج مترافقة من الحمض والقاعدة؛ أي من مادتين ترتبطان معا عن طريق منح واستقبال أيون هيدروجين واحد.

الأمونيا – قاعدة برونسـتد – لوري

 معظـم الأحمـاض والقواعـد التي تتفق مـع تعريف أرهينيـوس للأحمـاض والقواعد تتفـق أيضا مع تعريف برونسـتد – لوري. ولكـن بعض المواد الأخرى  التي لا توجد فيها مجموعة الهيدروكسـيد لا يمكن أن تَعَّد من القواعد بحسـب تعريف أرهينيـوس، ولكنهـا تصنـف قواعـدا بحسـب نموذج برونسـتد – لـوري. ومن ذلـك الأمونيا NH3 ً . فعندمـا تـذوب الأمونيـا في المـاء يكـون المـاء حمضا بحسـب تعريـف برونسـتد – لوري +H ّ ليكـون أيـون الأمونيوم في التفاعـل الأمامـي. ولأن جـزيء الأمونيـا NH3 يسـتقبل أيـون NH4 ُ فإن الأمونيـا تصنف قاعدة برونسـتد – لوري في التفاعل الأمامي .

الماء – حمض وقاعدة برونسـتد – لوري 

تذكر أنه عندما يذوب HF في الماء فإن الماء يسلك سلوك القاعدة؛ وعندما تذوب الأمونيا NH3 في الماء، فإن الماء يسلك سلوك الحمض. لذا يسلكُ  الماء سلوك الحمض أو القاعدة بحسب طبيعة المواد المذابة في المحلول.ويسمى الماء والمواد الأخرى التي تستطيع أن تسلك سلوك الأحماض والقواعد مواد مترددة (أمفوتيرية).