بشر از دیر باز با مفهوم ساده اسید آشنایی داشته است. در حقیقت این مواد حتی قبل از آن‌که شیمی به صورت یک علم در آید شناخته شده بودند. اسیدهای آلی همچون سرکه و آبلیمو و آب غوره از قدیم معروف بودند.
اسیدهای معمولی مانند اسیدسولفوریک ،اسیدکلریدریک و اسیدنیتریک به‌وسیله کیمیاگران قدیم ساخته شدند و بصورت محلول در آب بکار رفتند. برای مثال اسید سولفوریک را جابربن حیان برای نخستین بار از تقطیر بلورهای زاج سبز و حل کردن بخارات حاصل در آب بدست آورد. در این مقاله به بررسی کلیه اسید می‌پردازیم.
تعریف علمی اسید چیست؟
کلمه «اسید» (Acid) ریشه‌ای لاتین به معنای «ترش» دارد!
در طی سالیان متمادی بر اساس تجربیات عملی لاووازیه (A.L.Lavoisier) چنین تلقی می‌گردید که اجزاء ساختمان عمومی کلیه اسیدها از عنصر اکسیژن تشکیل گردیده است. اما به تدریج این موضوع از نظر علمی روشن و اعلام گردید که چنانچه این موضوع صحت داشته باشد، بر خلاف عقیده اعلام شده در مورد اکسیژن، این عنصر هیدروژن است.
تعریف یک اسید بنا به فرمول اعلام شده از سوی لیبیگ (J. Von Liebig) در سال ۱۸۴۰ عبارت است از:
موادی حاوی هیدروژن که می‌توانند با فلزات واکنش نموده و گاز هیدروژن تولید نمایند.
نظریه فوق مدت پنجاه سال مورد استناد بوده است. بعدها با پیشرفت علم شیمی مفاهیم جدیدی درباره اسیدها اعلام شده است.
اسید مولکولی است دارای یون مثبت هیدروژن که قادر به از دست دادن یک پروتون یا H+ و تشکیل پیوند کووالانسی با یک جفت الکترون می باشد.
اسید با غلظت بالا، به معنی داشتن یون‌های مثبت هیدروژن بیشتر می باشد، که این ترکیبات دارای خاصیت خورندگی هستند. همچنین به منظور تغییر رنگ شناساگرها و خنثی کردن بازها نیز از اسید استفاده می‌شود.
تعداد هیدروژن های موجود در اسیدها، نشان دهنده تعداد پروتون ها هستند. اگر بیش از یک هیدروژن داشته باشد که به طور متوالی تفکیک شوند، آن اسید چند پروتونی است و اگر دارای یک هیدروژن اسیدی باشد، آن اسید تک پروتونی است.
نام گذاری اسیدها به گونه ای است که بر اساس آنیون یا نافلزهایشان نام‌گذاری می‌شوند. اسیدها (Acid) در محدوده pH بین 0 تا 7 می باشند.
خواص عمومی اسیدها
اسیدها به دلیل خواصی که در محلول‌های آبی دارند، بخش بسیار مهمی از شیمی را تشکیل می‌دهند
- محلول آبی آنها یون‌های پروتون آزاد می‌کند.
- موادی هستند که از نظر مزه ترشند.
- کاغذ تورنسل را سرخ رنگ می‌کنند.
- با برخی فلزات مانند آهن و روی ترکیب شده گاز هیدروژن می‌دهند.
- با قلیاها (بازها) واکنش نموده و املاح را تشکیل می‌دهند.
- با کربنات کلسیم (مثلا به صورت سنگ مرمر) بشدت واکنش دارند، به طوری که کف می‌کنند و گاز کربنیک آزاد می‌نمایند.
انواع اسیدها از نظر تعاریف
- اسید برونستد: این دسته از اسید ها پروتون یا H+ از دست می دهند.
- اسید لوئیس: این دسته پذیرنده ی پیوند داتیو هستند و در واقع می توانند یک جفت الکترون بپذیرند.
- اسید آرنیوس: این دسته از اسیدها، پروتون خود را در آب از دست داده و به یون هیدرونیوم تبدیل می کنند.
انواع اسید بر اساس قدرت
قدرت یک اسید را با ثابت تفکیک اسیدی آن بررسی می کنند.
اسیدها را براساس پروتون هایی که به حلال آبی می دهند، به دو دسته زیر تقسیم بندی کرد:
- اسید قوی
- اسید ضعیف
اسید قوی چیست و چه ویژگی‌هایی دارد؟
اسیدهای قوی، ثابت تفکیک اسیدی (ka) بالایی دارند
اسید قوی، اسیدی است که وقتی در حلالی حل گردد، پروتون های خود را به طور کامل به حلال بدهد و در واقع به طور کامل تفکیک شود. یعنی در واکنش، تعادل را به سمت راست پیش ببرد.
این اسیدها ka بزرگی یا ثابت تفکیک اسید بالایی دارند. اسیدهای قوی به طور کامل در آب یونش می یابند و یون هیدرونیوم (H3O+) تولید می کنند.
اسید ضعیف چیست و چه ویژگی‌هایی دارد؟
اسیدهای ضعیف، ثابت تفکیک اسیدی (ka) پایینی دارند
اسید ضعیف، اسیدی است که وقتی در حلالی حل گردد، پروتون های خود را به طور کامل به حلال ندهد و در واقع به طور کامل تفکیک نمی شود یعنی به طور جزئی واکنش می‌دهد.
لازم به ذکر است که همه اسیدهای آلی، اسید ضعیف هستند. اسیدهای ضعیف دارای ثابت تفکیک کمتر و ka کوچکتری می باشند.
کاربرد اسیدها
اسیدها همه جا هستند!
اسیدها کاربردهای مختلفی دارند. اسیدها اغلب برای حذف زنگ زدگی و جلوگیری از خوردگی فلزات شناخته شده به عنوان لعاب استفاده می شوند.
آن ها ممکن است به عنوان یک الکترولیت در سلول مرطوب باتری مانند اسیدسولفوریک در باتری خودرو استفاده می‌شود. در صنایع شیمیایی، اسیدها واکنش های خنثی سازی را برای تولید نمک واکنش می‌دهند.
اسید ها به عنوان مکمل برای نوشیدنی ها و غذاها استفاده می شوند، زیرا طعم و مزه خود را تغییر می دهند و به عنوان نگهدارنده‌ها عمل می‌کنند.
اسیدها به عنوان کاتالیزورهای شیمیایی صنعتی و ارگانیک نیز استفاده می شوند؛ برای مثال اسید سولفوریک در تولیدات بنزین در مقادیر بسیار زیاد در فرایند آلکالایی استفاده می شود. در بیوشیمی نیز برای کاتالیز آنزیم ها از اسیدها استفاده می کنند.