اسید چیست؟

اسید در شیمی چیست؟

اسیدها یکی از مهم‌ترین گروه‌های شیمیایی هستند که در همه‌جا، از محصولات خانگی گرفته تا فرآیندهای صنعتی، یافت می‌شوند. این مواد قادر به آزاد کردن یون‌های هیدروژن (H⁺) در آب هستند و نقش کلیدی در بسیاری از واکنش‌های شیمیایی ایفا می‌کنند.

اسیدها نه‌تنها در آزمایشگاه‌ها ضروری هستند، بلکه در صنایعی مانند تولید کود، داروسازی و تولید صنعتی نیز کاربرد دارند. از طعم ترش آب‌لیمو گرفته تا مواد شیمیایی قدرتمند مورد استفاده در صنعت، اسیدها در اطراف ما حضور دارند.

درک نحوه عملکرد آن‌ها، تفاوت اسیدهای قوی و ضعیف، و شناخت انواع رایج آن‌ها به ما کمک می‌کند تا بهترین استفاده را از این مواد شیمیایی ببریم.

نکات کلیدی در مورد اسید ها

– اسیدها موادی هستند که در آب یون‌های هیدروژن (H⁺) آزاد می‌کنند.

– آن‌ها بر اساس سه نظریه آرنیوس، برونستد-لوری یا لوئیس تعریف می‌شوند که به نحوه تعامل آن‌ها با یون‌ها، پروتون‌ها یا جفت الکترون‌ها بستگی دارد.

– اسیدها از نظر قدرت متفاوت هستند؛ اسیدهای قوی به‌طور کامل در آب تفکیک می‌شوند، در حالی که اسیدهای ضعیف تنها به‌صورت جزئی تفکیک می‌شوند.

– اسیدها در زندگی روزمره و صنعت کاربرد گسترده‌ای دارند، از نگهداری مواد غذایی و نظافت گرفته تا داروسازی و تولید.

pH مخفف چیست؟

برای تعیین اینکه یک ماده اسید است یا باز، از مقیاس pH استفاده می‌شود. pH مخفف پتانسیل هیدروژن (Potential Hydrogen) است. مقیاس pH از 0 تا 14 است. pH برابر با 7 خنثی است که pH آب خالص محسوب می‌شود. هر ماده‌ای با pH کمتر از 7 اسید و با pH بیشتر از 7 باز (قلیایی) است.

مشابه تعریف بازها ، تعریف اسید و مفاهیم مرتبط با آن در سه نظریه اصلی دسته‌بندی می‌شود: تعریف آرنیوس، تعریف برونستد-لوری و تعریف لوئیس.

تعریف آرنیوس

این تعریف که به نام دانشمند سوئدی، سوانته آرنیوس، نام‌گذاری شده است، بر این مشاهده استوار است که وقتی اسید در آب حل می‌شود، غلظت یون‌های هیدروژن را افزایش می‌دهد. به عبارت دیگر، اسید آرنیوس ماده‌ای است که در آب یون‌های هیدروژن (H⁺) تولید می‌کند. همچنین، این ماده می‌تواند اشکال دیگری از یون‌های هیدروژن مانند یون هیدرونیوم (H₃O⁺) یا اشکالی مانند H₅O₂⁺ و H₉O₄⁺ تولید کند.

نظریه برونستد-لوری

بر اساس نظریه برونستد-لوری، اسید تنها در حضور یک باز می‌تواند به‌عنوان اسید عمل کند و برعکس، یک باز تنها در حضور اسید می‌تواند به‌عنوان باز عمل کند. این نظریه اسید را به‌عنوان اهداکننده پروتون به یک باز تعریف می‌کند که به‌عنوان پذیرنده پروتون عمل می‌کند. نظریه آرنیوس برای توصیف بسیاری از واکنش‌های آلی که شامل یون‌های هیدرونیوم نمی‌شوند، مانند واکنش‌های تعادل دینامیکی بین اسید استیک و آمونیاک، ناکافی است.

تعریف لوئیس

در سال 1923، گیلبرت ان. لوئیس نظریه‌ای بهبودیافته برای اسیدها و بازها ارائه داد. تعریف لوئیس به یون‌های هیدروژن یا انتقال پروتون وابسته نیست. در عوض، اسید را ماده‌ای تعریف می‌کند که به‌راحتی یک جفت الکترون از ماده دیگر در محلول می‌پذیرد.

اسیدها معمولاً طعم ترش دارند (گرچه توصیه نمی‌شود آن‌ها را بچشید)، با فلزات واکنش داده و گاز هیدروژن آزاد می‌کنند، و کاغذ لیتموس آبی را قرمز می‌کنند.

نحوه عملکرد اسیدها

با توجه به سه تعریف اسیدها و بازها، اسید در آب یون‌های هیدروژن یا هیدرونیوم تشکیل می‌دهد، پروتون به باز اهدا می‌کند و جفت الکترون می‌پذیرد. اسید از نظر شیمیایی واکنش‌پذیر است و در نتیجه می‌تواند فلزات را دچار خوردگی کند و با بازها واکنش‌های گرمازا ایجاد کند.

وقتی اسید در آب حل می‌شود، به یون‌های هیدروژن با بار مثبت (کاتیون‌ها) و آنیون‌های با بار منفی تفکیک می‌شود. این تفکیک تعداد یون‌های هیدروژن یا هیدرونیوم را در آب افزایش می‌دهد که باعث کاهش pH محلول می‌شود. اگر فلز، باز یا سایر مواد واکنش‌پذیر حضور داشته باشند، ممکن است با اسید از طریق اهدای جفت الکترون یا پذیرش پروتون واکنش دهند.

انواع مختلف اسیدها و کاربردهای آن‌ها

اسیدها معمولاً بر اساس پنج عامل طبقه‌بندی می‌شوند: منبع، حضور یا عدم حضور اکسیژن، غلظت، قدرت و بازیسیته.

• طبقه‌بندی بر اساس منبع:

اسیدهایی که بر اساس منبع طبقه‌بندی می‌شوند به دو دسته تقسیم می‌شوند:

– اسیدهای آلی (Organic Acids): این اسیدها از مواد آلی مانند حیوانات و گیاهان منشأ می‌گیرند.

– اسیدهای معدنی (Mineral Acids): این اسیدها از مواد معدنی به دست می‌آیند و به‌عنوان اسیدهای غیرآلی شناخته می‌شوند. اسیدهای معدنی حاوی کربن نیستند.

• طبقه‌بندی بر اساس حضور اکسیژن:

اسیدها بر اساس حضور یا عدم حضور اکسیژن به دو نوع تقسیم می‌شوند:

– اوکسی‌اسیدها (Oxy-acids): اسیدهایی که حاوی اکسیژن هستند.

– هیدراسیدها (Hydracids): اسیدهایی که حاوی هیدروژن و عناصر دیگر هستند، اما اکسیژن ندارند.

• طبقه‌بندی بر اساس قدرت:

وقتی اسیدها با آب مخلوط می‌شوند، یون‌های هیدروژن تولید می‌کنند. قدرت اسید بر اساس غلظت این یون‌های هیدروژن در محلول تعیین می‌شود:

– هرچه تعداد یون‌های هیدروژن بیشتر باشد، اسید قوی‌تر است.

– هرچه تعداد یون‌های هیدروژن کمتر باشد، اسید ضعیف‌تر است.

– اسیدهای قوی: تقریباً به‌طور کامل در آب تفکیک می‌شوند.

– اسیدهای ضعیف: به‌طور کامل تفکیک نمی‌شوند.

– قوی‌ترین اسید جهان اسید فلوروآنتی‌مونیک است که از آنتیموان، هیدروژن و فلوئور تشکیل شده است.

– ضعیف‌ترین اسید آب است.

Ka ثابت تفکیک اسید می باشد و هر چه Ka یک اسید بیشتر باشد، اسید قوی تر می باشد و میزان  H⁺ بیشتری تولید می کند.

نمونه‌هایی از اسیدهای قوی:

– اسید هیدروکلریک  HCl

– اسید نیتریک  HNO₃

– اسید پرکلریکHClO₄

نمونه‌هایی از اسیدهای ضعیف

– اسید سولفوروس H₂SO₃

– اسید فسفریک  H₃PO₄

– اسید نیتروس  HNO₂

• طبقه‌بندی بر اساس غلظت:

اسیدها بر اساس غلظت به دو دسته تقسیم می‌شوند:

– اسید غلیظ (Concentrated Acid): حاوی درصد بالایی از اسید حل‌شده در محلول است.

– اسید رقیق (Diluted Acid): حاوی درصد پایینی از اسید حل‌شده در محلول است.

• طبقه‌بندی بر اساس بازیسیته:

بازیسیته اسید به تعداد یون‌های هیدروژنی اشاره دارد که می‌توانند در اسید جایگزین شوند:

– اسیدهای تک‌بازی (Monobasic Acids): اسیدهایی که یک یون هیدروژن دارند. این اسیدها با یک گروه هیدروکسیل از باز واکنش داده و آب و نمک تولید می‌کنند.

– اسیدهای دوبازی (Dibasic Acids): اسیدهایی که با دو گروه هیدروکسیل واکنش می‌دهند، در دو مرحله تفکیک می‌شوند و نمک هیدروژنی و نمک معمولی تولید می‌کنند.

– اسیدهای سه‌بازی (Tribasic Acids): اسیدهایی که با سه گروه هیدروکسیل واکنش می‌دهند، سه نوع نمک مختلف تولید می‌کنند و دارای سه یون هیدروژن قابل جایگزینی هستند.

برخی از نمونه‌های رایج اسیدها و کاربردهای آن‌ها در زیر آمده است:

اسید سیتریک

اسید سیتریک یک اسید آلی است که به‌طور طبیعی یافت می‌شود. در میوه‌های مرکباتی مانند لیمو و پرتقال وجود دارد و اغلب به‌عنوان طعم‌دهنده و نگهدارنده مواد غذایی استفاده می‌شود. همچنین در محصولات تمیزکننده برای از بین بردن رسوبات صابونی کاربرد دارد.

اسید اسکوربیک

این اسید آلی دیگر به‌طور طبیعی در میوه‌های مرکباتی یافت می‌شود. اسید اسکوربیک که به نام ویتامین C نیز شناخته می‌شود، یک آنتی‌اکسیدان قوی است که برای درمان بیماری اسکوروی و بیماری‌های مغز استخوان استفاده می‌شود.

اسید هیدروکلریک

اسید هیدروکلریک یک اسید قوی و خورنده است که در آزمایشگاه‌ها و صنایع استفاده می‌شود. برای تمیز کردن فلزات، حذف زنگ و کمک به تولید مواد شیمیایی مانند کودها به کار می‌رود. در آزمایشگاه‌ها برای کنترل pH، واکنش‌های شیمیایی و تیتراسیون استفاده می‌شود. همچنین به‌طور طبیعی در معده یافت می‌شود و به هضم غذا و کشتن باکتری‌ها کمک می‌کند.

اسید استیک

اسید استیک یک اسید آلی است که اغلب برای طعم‌دهی به غذا استفاده می‌شود. همچنین به‌عنوان نگهدارنده مواد غذایی، مانند ترشی‌سازی، کاربرد دارد.

اسید سولفوریک

اسید سولفوریک به‌عنوان ماده اولیه و واکنش‌گر پایه در فرآیندهای مختلف عمل می‌کند. در نتیجه، در طیف گسترده‌ای از بخش‌ها از جمله صنایع خودروسازی، داروسازی، تولید فولاد و پارچه استفاده می‌شود.

اسید بوریک

اسید بوریک یک ماده شیمیایی چندمنظوره است که در تولید شیشه برای بهبود مقاومت حرارتی، در تولید کاغذ به‌عنوان نگهدارنده و تقویت‌کننده کیفیت، و در پردازش چرم برای نرم کردن پوست و جلوگیری از رشد میکروبی استفاده می‌شود. همچنین به دلیل خواص ضدعفونی‌کننده و حشره‌کش، در محصولات صنعتی و خانگی ارزشمند است.

اسید کلریدریک 

اسید کلریدریک ، اسیدی قوی است که در معده انسان یافت می شود. این اسید، به تجزیه و هضم غذاهای سنگین مانند، سیب زمینی ها و پیتزا و… کمک می کند و ترشح آنزیم هایی که ذرات غذا را به پروتئین تبدیل می کنند، کاهش می دهد. از نوع غیر طبیعی این ماده در برخی ترکیبات دارویی نیز استفاده می گردد.

انواع مختلف اسیدها و کاربردهای آن‌ها

چهار نوع اسید رایج مورد استفاده در صنعت

چهار نوع اسید که در صنعت استفاده می‌شوند، ویژگی‌های مشترکی دارند: طعم و بوی ترش دارند، در آب محلول هستند، با اکثر فلزات واکنش می‌دهند و خورنده هستند.

1. 1. اسید نیتریک: اسید نیتریک در صنایع غذایی و تولید مواد شیمیایی استفاده می‌شود. در صنعت غذایی، برای استریل کردن غذاهای کنسرو شده با از بین بردن باکتری‌هایی که می‌توانند غذا را فاسد کنند، به کار می‌رود. در تولید مواد شیمیایی، برای حل کردن قیرها یا رزین‌ها استفاده می‌شود یا می‌تواند با هیدروژن پراکسید ترکیب شود تا نیترو هیدروژن پراکسید تولید کند.
2. 2. اسید هیدروکلریک: اسید هیدروکلریک یک مایع بی‌رنگ است و برای تولید ترکیبات آلی موجود در کودها استفاده می‌شود. همچنین در تولید بسیاری از ترکیبات آلی دیگر کاربرد دارد.
3. 3. اسید سولفوریک: اسید سولفوریک به‌عنوان عاملی در تصفیه فاضلاب استفاده می‌شود و با تجزیه آلاینده‌ها به ترکیبات خنثی، به فرآیند کمک می‌کند.
4. اسید هیدروفلوئوریک: اسید هیدروفلوئوریک برای تولید علف‌کش‌ها، حکاکی شیشه و فلز، مبردها، داروها، پلاستیک‌ها، آلومینیوم، سوخت با اکتان بالا، لامپ‌های فلورسنت و قطعات الکتریکی استفاده می‌شود.

در صنایع دارویی، شوینده و آرایشی، اسیدها نقش مهمی به‌عنوان مواد اولیه، تنظیم‌کننده‌ها یا عوامل فعال دارند. در ادامه، اسیدهای پرکاربرد در این صنایع و کاربردهای خاص آن‌ها توضیح داده شده است:

اسید در صنایع دارویی

اسیدها در داروسازی برای تولید داروها، تنظیم pH، تثبیت فرمولاسیون‌ها و به‌عنوان مواد فعال یا کمکی استفاده می‌شوند. برخی از اسیدهای رایج عبارت‌اند از:

• اسید سیتریک (Citric Acid): به‌عنوان تنظیم‌کننده pH، عامل کی‌لیت (برای اتصال به یون‌های فلزی) و ماده نگهدارنده در فرمولاسیون‌های دارویی مانند شربت‌ها و قرص‌های جوشان استفاده می‌شود. همچنین به‌عنوان آنتی‌اکسیدان در برخی داروها عمل می‌کند. این اسید آلی ملایم است و به دلیل منشأ طبیعی (موجود در مرکبات) در داروسازی محبوب است.
• اسید اسکوربیک (Ascorbic Acid – ویتامین C): به‌عنوان یک آنتی‌اکسیدان قوی در داروها برای درمان کمبود ویتامین C، بیماری اسکوروی و بیماری‌های مغز استخوان استفاده می‌شود. همچنین در فرمولاسیون‌های دارویی برای افزایش پایداری و جلوگیری از اکسیداسیون به کار می‌رود.  به دلیل خواص آنتی‌اکسیدانی این اسید، در مکمل‌های غذایی و دارویی بسیار رایج است.
• اسید هیدروکلریک (Hydrochloric Acid): برای تنظیم pH در فرآیندهای تولید دارو و تیتراسیون در آزمایشگاه‌های دارویی استفاده می‌شود. همچنین در تولید برخی ترکیبات دارویی مانند کلریدهای فعال به کار می‌رود. البته به دلیل قدرت اسیدی بالا، در مقادیر کنترل‌شده استفاده می‌شود.
• اسید سولفوریک (Sulfuric Acid): به‌عنوان یک واکنش‌گر در سنتز مواد فعال دارویی (API) و در فرآیندهای شیمیایی برای تولید داروها استفاده می‌شود. به دلیل واکنش‌پذیری بالا، معمولاً در مراحل اولیه سنتز به کار می‌رود.
• اسید هیدروفلوئوریک (Hydrofluoric Acid): در تولید برخی داروهای خاص (مانند ترکیبات فلورینه) و مواد شیمیایی پیشرفته دارویی استفاده می‌شود. به دلیل خورندگی بالا، با احتیاط زیاد و در محیط‌های کنترل‌شده استفاده می‌شود.

اسید در صنایع شوینده

اسیدها در صنعت شوینده برای تمیز کردن، تنظیم pH، حذف رسوبات و بهبود عملکرد محصولات استفاده می‌شوند. اسیدهای رایج در این صنعت عبارت‌اند از:

• اسید سیتریک (Citric Acid): به‌عنوان عامل کی‌لیت برای حذف رسوبات صابونی و آهکی (مانند رسوبات کلسیم) در شوینده‌های خانگی و صنعتی، مانند مایعات ظرفشویی و پاک‌کننده‌های چندمنظوره، استفاده می‌شود. همچنین pH محصولات شوینده را تنظیم می‌کند. این اسید ایمن، زیست‌سازگار و مؤثر در حذف لکه‌ها می باشد.
• اسید سولفوریک (Sulfuric Acid): در تولید سورفکتانت‌ها (مانند آلکیل سولفات‌ها) که جزء اصلی شوینده‌ها هستند، استفاده می‌شود. همچنین در فرآیندهای تصفیه و تولید مواد اولیه شوینده‌ها کاربرد دارد. به دلیل قدرت بالا، در مقادیر کنترل‌شده و در فرآیندهای صنعتی استفاده می‌شود.
• سید فسفریک (Phosphoric Acid): در شوینده‌های صنعتی و خانگی برای حذف رسوبات معدنی (مانند زنگ و آهک) استفاده می‌شود. همچنین در فرمولاسیون شوینده‌های خاص مانند پاک‌کننده‌های فلزی کاربرد دارد. خورندگی کمتری نسبت به اسیدهای قوی‌تر مانند هیدروکلریک، اما همچنان مؤثر می باشد.
• اسید هیدروکلریک (Hydrochloric Acid): در پاک‌کننده‌های قوی، مانند شوینده‌های سرویس بهداشتی، برای حذف رسوبات آهکی و لکه‌های سخت استفاده می‌شود. به دلیل خورندگی بالا، با احتیاط و در غلظت‌های رقیق استفاده می‌شود.

اسید در صنایع آرایشی

اسیدها در محصولات آرایشی برای تنظیم pH، لایه‌برداری پوست، افزایش پایداری محصول و بهبود خواص آرایشی استفاده می‌شوند. اسیدهای رایج در این صنعت عبارت‌اند از:

• اسید سالیسیلیک (Salicylic Acid): به‌عنوان یک ماده لایه‌بردار در محصولات مراقبت از پوست (مانند کرم‌ها و ژل‌های ضدآکنه) برای حذف سلول‌های مرده پوست و پاک‌سازی منافذ استفاده می‌شود. به دلیل خواص ضدالتهابی و توانایی نفوذ به پوست، برای درمان آکنه و مشکلات پوستی بسیار مؤثر است.
• اسید لاکتیک (Lactic Acid): به‌عنوان لایه‌بردار ملایم و مرطوب‌کننده در کرم‌ها، سرم‌ها و محصولات مراقبت از پوست استفاده می‌شود. این اسید به بهبود بافت پوست و کاهش خطوط ریز کمک می‌کند.  ملایم‌تر از سایر اسیدهای لایه‌بردار و مناسب برای پوست‌های حساس.
• اسید گلیکولیک (Glycolic Acid): به‌عنوان یک آلفا هیدروکسی اسید (AHA) در محصولات لایه‌بردار و ضدپیری استفاده می‌شود. این اسید به روشن شدن پوست و بهبود ظاهر چین‌وچروک کمک می‌کند. به دلیل اندازه مولکولی کوچک، به‌راحتی به پوست نفوذ می‌کند.
• اسید سیتریک (Citric Acid): برای تنظیم pH محصولات آرایشی مانند شامپوها، کرم‌ها و لوسیون‌ها استفاده می‌شود. همچنین به‌عنوان آنتی‌اکسیدان و نگهدارنده عمل می‌کند. ایمن و چندمنظوره برای استفاده در فرمولاسیون‌های آرایشی.
• اسید هیالورونیک (Hyaluronic Acid): اگرچه به‌طور تکنیکی اسید نیست، اما به‌عنوان یک ماده مرطوب‌کننده قوی در سرم‌ها و کرم‌های آرایشی برای حفظ رطوبت پوست و بهبود خاصیت ارتجاعی استفاده می‌شود. غیرتحریک‌کننده و مناسب برای انواع پوست.

منابع طبیعی اسید ها

گفتیم که اسیدها به طور طبیعی در برخی از مواد مورد استفاده روزمره ما وجود دارند. مهم ترین منابع انواع اسید در مواد طبیعی به شرح زیر می باشد:

• سرکه: اسید استیک
• سیب: اسید مالیک
• تمر هندی، انگور: اسید تارتاریک
• شیر: اسید لاکتیک
• لیمو: اسید سیتریک
• گوجه فرنگی: اسید اسکوربیک

اسید موجود در مواد طبیعی اغلب می تواند نیاز طبیعی بدن را تامین کرده و در صورت مصرف به میزان کافی، ضرری برای انسان نخواهد داشت.