الأحماض والقواعد Acids and Bases

في محلول مائي aqueous solution، تبقى أغلب جزيئات الماء سليمةَ. ومع ذلك، البعض منها يمكن أن يتفكك تلقائياً إلى أيونات الهيدروجين hydrogen ions ⁽⁺H) وأيونات الهيدروكسيد hydroxide ions (^–OH) فقط لإعادة الدمج بسرعة. هذا يُمْكِنُ أَنْ يُمثّلَ كالتّالي، حيث يُشيرُ السهم المزدوج إلى التفاعل القابل للعكس:

H₂O ↔ H⁺ + OH

 إضافةً إلى الماء، يُمْكِنُ أَنْ تطلق مركّبات أخرى في الخلايا أيونات الهيدروجين ⁺H عندما تذوّب في الماء. الحمض acid هو مادة كيميائية تمنح أيونات الهيدروجين ⁺H إلى المحلول.

تتميّز الأحماض بطعمها الحامض. بَعْض الأمثلةِ الشائعة هي حمض الخليك acetic acid في الخلِّ vinegar، حمض الستريك citric acid في ثمار الحمضيات citrus fruits، وحمض اللاكتيك (اللبنيك) lactic acid في مُنتَجاتِ الحليبِ الحامضة. يُمْكِنُ أَنْ تمنح الأحماض القوية Strong acids أعداد كبيرةَ من أيونات الهيدروجينِ إلى محلول. حمض الهيدروكلوريك Hydrochloric acid (HCl), حمض الكبريتيك sulfuric acid (H₂SO₄)، وحمض النيتريك nitric acid (HNO₃) هي أمثلةَ. الأحماض الضعيفة Weak acids، يمثّلها حمض الكربونيكِ carbonic acid (H₂CO₃)، تمنح عدد أقل مِنْ أيوناتِ الهيدروجينِ.

بِالمقابل, القاعدة base هي مادة تَندمجُ مع ⁺H في المحلول. القواعد Bases لَها طعم مرّ. القواعدُ القوية Strong bases تأخذ العديد من أيوناتِ الهيدروجين مِنْ المحلول. من ضمنها هيدروكسيد البوتاسيومِ Potassium hydroxide (KOH), مادّة تستخدم في صنع الصابون soap. الأحماض والقواعدُ تتفاعل كثيراً مع بعضها البعض بسبب خصائصِها الكيميائيةِ المعاكسة.”تفاعل تبادلي exchange reaction“ يتضمن حمض الهيدروكلوريك (HCl) وهيدروكسيد الصوديومِ (NaOH) هو مثالُ واحد:

HCl + NaOH  → NaCl + H₂O

للإشارة إلى تركيز أيونات الهيدروجينِ ⁺H في محلول، قدم الكيميائي الدنماركي سورين سورينسن Søren P. L. Sørensen رمز الأس الهيدروجيني pH (قوة أيونات الهيدروجين) ومقياس الأس الهيدروجيني pH. يمتد هذا المقياس العددي من 0 (حمضية للغاية extremely acidic؛ إرتفاع أيونات الهيدروجينِ) إلى 14 (قاعديه أو قلوية للغاية extremely basic or alkaline؛ إنخفاض أيونات الهيدروجينِ) ويستند على حسابات فعلية لعدد أيونات الهيدروجين الموجودة عندما تمزج المادة مع الماء. مادة برقم هيدروجيني 7، مثل الماء النقي pure water، يقال عنها متعادلة neutral؛ المحاليل التي تكتسب أيونات الهيدروجينِ ⁺H يقال أنها حمضية acidic ولها رقم هيدروجيني أقل من 7؛ المحاليل التي تفقد أيونات الهيدروجينِ ⁺H هي قاعدية basic (أو قلوية alkaline) ولها رقم هيدروجيني أكبر من 7. مقياس الرقم الهيدروجيني هو لوغاريتمي logarithmic، أي أنه، في كل مرة يتغير الرقم الهيدروجيني بوحدة واحدة، تتغير [أيونات الهيدروجين ⁺H] 10 مرات. على سبيل المثال، عصير الليمون lemon juice (الرقم الهيدروجيني 2) والقهوة السوداء black coffee (الرقم الهيدروجيني 5) تختلف ألف ضعف (10³) في تركيز أيونات الهيدروجين ⁺H. فيما يتعلق بالكائنات الحية, تفضل الفطريات fungi بيئة حمضية بشكل طفيف بالمقارنة مع بيئة أكثر حيادا تفضلها معظم البكتيريا–وإن كانت هناك بعض الاستثناءات المذهلة.