اسید چیست و به چند دسته تقسیم میشود؟
اسید یکی از مفاهیم پایه‌ای و بسیار مهم در علم شیمی است. جالبه بدانید بیشتر مردم فکر می کنند، اسید به موادی گفته میشود که طعم ترش دارند؛ مانند سرکه یا آب مرکباتی مثل ترنج یا پرتقال. این مواد در عین حال که در زندگی روزمره کاربرد زیادی دارند، خاصیت خورندگی نیز دارند و در صورت تماس با پوست یا بافت‌های بدن می‌توانند موجب سوزش و التهاب شوند. به همین دلیل، اسیدها هم در دسته‌ی مواد مفید و پرکاربرد قرار می‌گیرند و هم در زمره‌ی مواد خطرناک که باید با احتیاط با آن‌ها کار کرد.
از دید علمی، واژه‌ی لاتین Acid توسط دانشمندان مختلف به‌گونه‌های متفاوتی تعریف شده است و هر کدام بر جنبه‌ای خاص از ویژگی‌های شیمیایی آن تأکید دارند. در این مطلب از شیمی داکس قراره راجب اسید صحبت کنیم. شما به صورت ابتدایی با تعریف اسید و باز در علوم ششم آشنا شدید و بعد از آن با سوال اسید چیست در علوم هشتم مواجه شدید.
اسید چیست و به چند دسته تقسیم میشود؟
اسید چیست و به چند دسته تقسیم میشود؟ بدون شک این مهمترین سوالی هست که ما تو این مطلب پاسخ میدهیم، بیایید ابتدا قسمت اول سوال را به صورت مفصل جواب بدهیم. اسید چیست؟ اسید ماده‌ای شیمیایی است که در ترکیب خود دارای یون‌های هیدروژن (H⁺) بوده و می‌تواند آن‌ها را به محیط اطراف خود منتقل کند. این ویژگی باعث میشود اسیدها در واکنش‌های شیمیایی رفتار خاصی از خود نشان دهند، مثلا میتوانیم به واکنش با بازها برای تشکیل نمک و آب اشاره کنم.
به عبارت ساده‌تر، اسیدها موادی هستند که میزان اسیدیته یا pH آن‌ها کمتر از ۷ است. این مواد معمولاً طعم ترش دارند و در برخی موارد می‌توانند خاصیت سوزانندگی از خود نشان دهند. دانشمندان در طول زمان تعاریف گوناگونی برای اسید ارائه کرده‌اند، اما جالبه بدانید که این روزها بیشتر اینطوری اسید را تعریف می کنن:
اسید به ماده‌ای گفته میشود که توانایی پذیرش الکترون و ایجاد پیوند شیمیایی را دارد.
تعاریف قدیمی اسید
جالبه بدانید واژه اسید ریشه ای فرانسوی دارد و از کلمه Acide گرفته شده است. تا الان چندتا تعرف از اسید ارائه دادیم و گفتیم که تعاریف گوناگونی دارد که در ادامه چندتاییش بررسی کنیم.
نظریه لی بیگ
اسید موادیست که در ساختار خود هیدروژن یا هیدروژن‌هایی دارند که در واکنش با فلزها توسط یون‌های فلز جایگزین می‌شوند.
نظریه آرنیوس
اسیدها موادی هستند که ضمن حل شدن در آب یون +H (یون هیدروژن) آزاد می‌کنند. البته یون +H به صورت آزاد در آب وجود ندارد و به سرعت آبپوشی شده و تبدیل به یون هیدرونیوم (+H3O) میشود.
نظریه لوری-برونستد
اسید گونه‌ای است که در واکنش شیمیایی پروتون (یون+H) می‌دهد و باز گونه‌ای است که در واکنش شیمیایی پروتون (یون+H) می‌پذیرد.
نظریه لوییس
اسیدها موادی هستند که در واکنش‌های شیمیایی پیوند داتیو می‌پذیرند. بازها موادی هستند که در واکنش‌های شیمیایی پیوند داتیو می‌دهند. تعریف لوییس را با نظریه اوربیتال مولکولی هم می‌توان بیان کرد. به‌طور کلی، اسید می‌تواند یک جفت الکترون از بالاترین اوربیتال خالی در پایین اوربیتال خالی خود دریافت کند.
اسید چیست علوم ششم
اسیدها موادی ترش مزه‌اند، خاصیت خورندگی دارند، شناساگرها را تغییر رنگ می‌دهند و بازها را خنثی می‌کنند.
اسید چیست علوم هشتم
اسید ماده ای است که قابلیت شکل دهی یک پیوند کووالانسی با یک جفت الکترون را دارد .مثل لیمو ترش.
انواع اسید
حالا که بصورت کامل و مفصل با مبحث اسید آشنا شدید، بیایید به قسمت دوم سوالی که مطرح کردیم پاسخ بدهیم؛ در واقع اسیدها را می‌توان از چند دیدگاه مختلف دسته‌بندی کرد، اما رایج‌ترین تقسیم بندی بر اساس قدرت و منشاء آن‌ها انجام میشود که ما در سه دسته آن ها را در شیمی داکس بصورت دقیق بررسی می کنیم.
1- اسیدهای قوی و ضعیف
اسید قوی تقریباً تمام یون‌های هیدروژن خود را در محلول آبی آزاد می‌کنند، مانند اسید سولفوریک و اسید نیتریک ولی اسید ضعیف تنها بخشی از یون‌های هیدروژن خود را آزاد می‌کنند، مانند اسید استیک و اسید سیتریک.
2- اسیدهای معدنی و آلی
اسیدهای معدنی(Inorganic acids) معمولاً از عناصر غیرکربنی ساخته شده و قوی‌تر هستند، مانند HCl ولی اسیدهای آلی شامل کربن هستند و معمولاً ضعیف‌ترند، مانند اسید فرمیک، اسید استیک، اسید سیتریک.
3- اسیدهای تک‌پایه و چندپایه
اسید های تک‌پایه در واقع یک یون هیدروژن قابل آزاد شدن دارند، مانند اسید کلریدریک یا همان HCl ولی چندپایه ها بیش از یک یون هیدروژن دارند، مانند اسید سولفوریک یا اسید فسفریک (H₃PO₄).
| نوع دسته‌بندی | زیر دسته | توضیح | مثال |
|---|---|---|---|
| قدرت | اسید قوی | تقریباً تمام یون‌های هیدروژن خود را آزاد می‌کنند. | اسید سولفوریک – اسید نیتریک |
| اسید ضعیف | فقط بخشی از یون‌های هیدروژن خود را آزاد می‌کنند. | اسید استیک، اسید سیتریک | |
| منشاء | معدنی | از عناصر غیرکربنی ساخته شده و معمولاً قوی هستند. | اسید کلریدریک |
| آلی | شامل کربن هستند و معمولاً ضعیف‌ترند. | اسید استیک، اسید فرمیک، اسید سیتریک | |
| تعداد یون هیدروژن | تک‌پایه | یک یون هیدروژن قابل آزاد شدن دارند. | اسید کلریدریک |
| چندپایه | دارای بیش از یک یون هیدروژن هستند. | اسید سولفوریک یا اسید فسفریک |
12 اسید پرکاربرد در صنعت شیمیایی
در ادامه بصورت خلاصه 12 تا از پرکاربرد ترین اسیدها را به شما عزیزان معرفی می کنیم.
- اسید سولفوریک (H₂SO₄): یکی از قوی‌ترین و پرمصرف‌ترین اسیدها در صنایع؛ به‌ویژه در تولید کودهای شیمیایی، باتری خودرو و تصفیه فلزات.
- اسید کلریدریک (HCl): مایع بی‌رنگ با بوی تند که در صنایع شیمیایی، تمیزکاری فلزات و تنظیم pH استفاده میشود.
- اسید نیتریک (HNO₃): اسیدی بسیار خورنده که در تولید مواد منفجره، کود شیمیایی و رنگ‌سازی کاربرد دارد.
- اسید استیک (CH₃COOH): همان جوهر سرکه؛ در صنایع غذایی، تولید پلاستیک (پلی‌وینیل استات) و داروسازی استفاده میشود.
- اسید فسفریک(H₃PO₄): اسیدی متوسط که در تولید کود شیمیایی، نوشابه‌های گازدار و پاک‌کننده‌ها کاربرد دارد.
- اسید سیتریک (C₆H₈O₇): اسید طبیعی موجود در مرکبات؛ در صنایع غذایی و دارویی برای تنظیم طعم و pH استفاده میشود.
- اسید بوریک (H₃BO₃): اسیدی ضعیف با کاربرد در ضدعفونی، شیشه‌سازی و تولید مواد آرایشی.
- اسید فرمیک (HCOOH): اسید طبیعی موجود در نیش مورچه؛ در دباغی چرم، صنایع نساجی و نگهداری مواد غذایی کاربرد دارد.
- اسید لاکتیک (C₃H₆O₃): در فرآیند تخمیر شیر تولید میشود؛ در صنایع غذایی، آرایشی و داروسازی استفاده میشود.
- اسید تارتاریک (C₄H₆O₆): اسیدی طبیعی در انگور و شراب؛ برای تنظیم اسیدیته مواد غذایی و در صنایع دارویی کاربرد دارد.
- اسید کربنیک(H₂CO₃): از حل شدن دی‌اکسید کربن در آب به‌وجود می‌آید؛ در نوشابه‌های گازدار و تنظیم سیستم بافری خون نقش دارد.
- اسید آدیپیک: یکی از اسیدهای آلی پرکاربرد در صنعت است که بیشتر برای تولید نایلون ۶،۶ استفاده میشود. علاوه بر این، در صنایع غذایی به‌عنوان تنظیم‌کننده اسیدیته و در تولید مواد نرم‌کننده و رزین‌ها هم کاربرد دارد.
جدول اسیدها
| اسید | HA | Ka | pKa | A⁻ | Kb | pKb |
|---|---|---|---|---|---|---|
| هیدرویدیک اسید | HI | 2 × 109 | −9.3 | I⁻ | 5.5 × 10−24 | 23.26 |
| سولفوریک اسید (تفکیک اول) | H₂SO₄ | 1 × 102 | −2.0 | HSO₄⁻ | 1 × 10−16 | 16.0 |
| نیتریک اسید | HNO₃ | 2.3 × 101 | −1.37 | NO₃⁻ | 4.3 × 10−16 | 15.37 |
| یون هیدرونیوم | H₃O⁺ | 1.0 | 0.00 | H₂O | 1.0 × 10−14 | 14.00 |
| سولفوریک اسید (تفکیک دوم) | HSO₄⁻ | 1.0 × 10−2 | 1.99 | SO₄²⁻ | 9.8 × 10−13 | 12.01 |
| هیدروفلوئوریک اسید | HF | 6.3 × 10−4 | 3.20 | F⁻ | 1.6 × 10−11 | 10.80 |
| نیتروس اسید | HNO₂ | 5.6 × 10−4 | 3.25 | NO₂⁻ | 1.8 × 10−11 | 10.75 |
| فرمیک اسید | HCO₂H | 1.78 × 10−4 | 3.75 | HCO₂⁻ | 5.6 × 10−11 | 10.25 |
| بنزوئیک اسید | C₆H₅CO₂H | 6.3 × 10−5 | 4.20 | C₆H₅CO₂⁻ | 1.6 × 10−10 | 9.80 |
| استیک اسید | CH₃CO₂H | 1.7 × 10−5 | 4.76 | CH₃CO₂⁻ | 5.8 × 10−10 | 9.24 |
| پیریدینیوم اسید | C₅H₅NH⁺ | 5.9 × 10−6 | 5.23 | C₅H₅N | 1.7 × 10−9 | 8.77 |
| هیپوکلروس اسید | HOCl | 4.0 × 10−8 | 7.40 | OCl⁻ | 2.5 × 10−7 | 6.60 |
| هیدروسیانیک اسید | HCN | 6.2 × 10−10 | 9.21 | CN⁻ | 1.6 × 10−5 | 4.79 |
| یون آمونیوم | NH₄⁺ | 5.6 × 10−10 | 9.25 | NH₃ | 1.8 × 10−5 | 4.75 |
| آب | H₂O | 1.0 × 10−14 | 14.00 | OH⁻ | 1.0 | 0.00 |
| استیلن | C₂H₂ | 1 × 10−26 | 26.0 | HC₂⁻ | 1 × 1012 | −12.0 |
| آمونیاک | NH₃ | 1 × 10−35 | 35.0 | NH₂⁻ | 1 × 1021 | −21.0 |
قدرت اسید و مفهوم Ka و pKa
تو جدول راجب مفهوم ka و pka صحبت کردیم، قدرت یک اسید به میزان توانایی آن در آزاد کردن یون هیدروژن (H⁺) بستگی دارد. این توانایی با عددی به نام ثابت تفکیک اسید (Ka) و pKa اندازه‌گیری میشود. هرچه مقدار Ka بزرگ‌تر و مقدار pKa کوچک‌تر باشد، اسید قوی‌تر است.
به عبارت دیگه، اسیدهایی مانند اسید نیتریک یا هیدروکلریک که تقریباً به‌طور کامل در آب یونیزه می‌شوند، دارای Ka بالا و pKa بسیار پایین هستند، در حالی که اسیدهایی مانند استیک اسید یا همان سرکه ضعیف‌ترند زیرا بخش کمی از مولکول‌هایشان در آب تفکیک میشود. در عمل، pKa یکی از شاخص‌های مهم در شیمی تحلیلی است و به کمک آن می‌توان رفتار اسیدها را در محلول‌های مختلف پیش‌بینی کرد.
باز چیست؟
نقطهٔ مقابل اسید، باز است. بازها موادی هستند که می‌توانند یون‌های هیدروژن (H⁺) را بپذیرند یا یون هیدروکسیل (OH⁻) آزاد کنند. بیشتر بازها طعم تلخ دارند و در لمس لغزنده‌اند، این مواد نقش مهمی در واکنش‌های شیمیایی، صنایع شوینده و حتی تنظیم pH بدن دارند. ملموس ترین مثالی که میتوانم برای بازها بزنم، صابون است که همه آن را میشناسیم.
کاربرد بازها در صنعت شیمیایی
- تولید صابون و مواد شوینده (NaOH)
- ساخت کودهای شیمیایی (NH₃)
- خنثی‌سازی پساب‌های اسیدی
- تصفیه نفت و چربی‌ها
- ساخت کاغذ و پارچه
روش‌های تشخیص اسید و باز
- کاغذ تورنسل
- شناساگر فنول فتالئین
- محلول اندیکاتور جهانی
- pH متر دیجیتال
کاغذ تورنسل
یکی از مشهورترین و ساده‌ترین آزمایش‌ها برای تشخیص بازها، آزمایش با کاغذ تورنسل است. در این آزمایش، کافی است چند قطره از محلول مورد نظر را روی کاغذ تورنسل بریزید. اگر رنگ کاغذ به آبی تغییر کند، نشان‌دهندهٔ خاصیت بازی ماده است. این تغییر رنگ به دلیل افزایش یون‌های هیدروکسیل (OH⁻) در محلول رخ می‌دهد که بر شناساگر تأثیر می‌گذارد.
شناساگر فنول فتالئین
در محیط‌های آزمایشگاهی پیشرفته‌تر، از فنول‌فتالئین هم استفاده میشود. برای مثال، در واکنش بین اسید و باز، زمانی که باز کاملاً خنثی شد، رنگ محلول از صورتی به بی‌رنگ تغییر می‌کند و این نقطه، همان نقطهٔ پایان تیتر کردن است و این روشی است که برای اندازه‌گیری دقیق غلظت باز یا اسید در آزمایشگاه‌ها به‌کار می‌رود.
ph چیست؟
pH عددی است که میزان اسیدی یا بازی بودن یک محلول را نشان می‌دهد. این عدد بین ۰ تا ۱۴ متغیر است؛ اگر pH کمتر از ۷ باشد، محلول خاصیت اسیدی دارد، اگر برابر با ۷ باشد خنثی است (مثل آب خالص)، و اگر بیشتر از ۷ باشد، محلول بازی محسوب میشود. هرچه عدد pH کمتر باشد، محلول اسیدی‌تر است و هرچه بالاتر برود، خاصیت بازی افزایش می‌یابد.
pH در واقع میزان یون‌های هیدروژن (H⁺) موجود در محلول را بیان می‌کند.
واکنش خنثی سازی
یکی از مهمترین واکنش‌های شیمیایی میان اسید و باز، واکنش خنثی‌سازی است. در این فرآیند، یون‌های هیدروژن (H⁺) موجود در اسید با یون‌های هیدروکسید (OH⁻) موجود در باز واکنش داده و مولکول آب (H₂O) تشکیل می‌دهند. علاوه بر آب، معمولاً یک نمک نیز به‌عنوان محصول جانبی به‌وجود می‌آید. به‌عنوان مثال:
HCl + NaOH → NaCl + H₂O
این واکنش در آزمایشگاه‌ها برای تیتراسیون اسید و باز کاربرد دارد، تا غلظت محلول‌های ناشناخته مشخص شود. در صنایع نیز از فرایند خنثی‌سازی برای کاهش خاصیت خورندگی پساب‌ها یا تنظیم pH مواد اولیه استفاده میشود.
کاربرد اسیدها
در ادامه این مطلب از شیمی داکس ما لیستی از مهمترین کاربردهای اسیدها برای شما عزیزان آماده کردیم.
۱. تولید کودهای شیمیایی
یکی از اصلی‌ترین کاربردهای اسیدها، استفاده در تولید کودهای شیمیایی است. اسیدهایی مانند سولفوریک اسید و نیتریک اسید در واکنش با مواد معدنی مختلف، ترکیباتی مانند نیترات آمونیوم و سوپرفسفات تولید می‌کنند که نقش حیاتی در رشد گیاهان و افزایش حاصل‌خیزی خاک دارند.
۲. تصفیه و استخراج فلزات
در صنایع فلزی، اسیدها برای حذف ناخالصی‌ها از سطح فلزات به‌کار می‌روند. فرآیندی که به آن پیکلینگ (Pickling) گفته میشود، معمولاً با استفاده از اسید کلریدریک انجام می‌گیرد تا سطح فولاد و آهن از زنگ‌زدگی یا اکسیدها پاک شود و آمادهٔ آبکاری یا رنگ‌آمیزی شود.
۳. تولید مواد منفجره و شیمیایی
اسید نیتریک و سولفوریک در ترکیب با برخی ترکیبات آلی، مواد منفجره‌ای مانند نیتروگلیسیرین یا تی‌ان‌تی تولید می‌کنند. این اسیدها علاوه بر صنایع نظامی، در ساخت رنگ‌ها، داروها و رزین‌ها نیز نقش کلیدی دارند.
۴. صنایع غذایی و نوشیدنی
برخی اسیدهای آلی مانند اسید سیتریک و اسید استیک برای تنظیم طعم، ماندگاری و pH مواد غذایی استفاده می‌شوند. این اسیدها به‌عنوان افزودنی خوراکی مجاز در نوشابه‌ها، مرباها، ترشی‌ها و آب‌میوه‌ها کاربرد دارند.
۵. تولید الیاف مصنوعی و پلاستیک
اسیدهایی مانند آدیپیک اسید و ترافیتیک اسید در تولید نایلون و پلی‌استر نقش اساسی دارند. این اسیدها با الکل یا آمین ها واکنش داده و پلیمرهایی با استحکام بالا ایجاد می‌کنند که در صنایع نساجی، خودروسازی و بسته‌بندی استفاده می‌شوند.
تفاوت نایلون و پلاستیک
در واقع مهمترین تفاوت نایلون و پلاستیک در نوع ماده و کاربرد آن می باشد. پلاستیک یک دسته بزرگ از مواد پلیمریه که از نفت خام یا گاز طبیعی تولید میشود و شامل انواع مختلفی مثل پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن و پلی‌وینیل کلراید (PVC) میشود. اما نایلون یک نوع خاص از پلاستیک که به خاطر مقاومت بالا، انعطاف‌پذیری و دوام زیادی که دارد در صنایع تخصصی مثل پارچه، ابزار صنعتی و حتی قطعات خودرو استفاده میشود.
۶. صنایع داروسازی
در داروسازی، اسیدها برای تنظیم pH محلول‌ها، ساخت داروهای خاص و به‌عنوان مواد اولیهٔ سنتز شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای مثال، اسید سالیسیلیک یکی از مواد پایه در تولید داروهای ضدجوش و مسکن‌ها است.
خرید اسید
خرید اسید باید با توجه به نوع کاربرد، خلوص مورد نیاز و ایمنی در حمل و نگهداری انجام شود. بسیاری از اسیدها مانند سولفوریک اسید، نیتریک اسید یا هیدروکلریک اسید در غلظت‌های بالا بسیار خورنده و خطرناک هستند، بنابراین انتخاب تأمین‌کننده معتبر و بسته‌بندی استاندارد اهمیت زیادی دارد.
همچنین لازم است پیش از خرید، برگه اطلاعات ایمنی (MSDS) ماده بررسی شود تا از نحوه نگهداری و شرایط واکنش آن با سایر مواد مطلع شویم. برای مصارف صنعتی یا آزمایشگاهی، توصیه میشود اسید از فروشگاه‌های شیمیایی معتبر یا تأمین‌کنندگان دارای مجوز تهیه شود تا از کیفیت و خلوص تضمین‌شده آن اطمینان حاصل گردد.
