المفاهيم الأساسية
الكيمياء
الأحماض
القواعد
التفاعلات الكيميائية

مقدمة
هل تعلم أن هناك آلاف الأنواع المختلفة من المشروبات الغازية حول العالم؟ هل تعتقد أنك ستحب مشروبًا غازيًّا بطعم الجبنة؟ وماذا عن مشروب غازي بطعم الأخطبوط؟ وعلى الرغم من أن المذاق قد يختلف من بلد لآخر، فإن جميع المشروبات الغازية تشترك في أن لها فقاقيع فوارة! ولا تكون المشروبات الغازية مشروبات غازية من دون هذا الفوران -لكن هل تساءلت من قبل كيف يصنعون تلك الفقاقيع؟ في هذا النشاط، سوف تصنع مشروبك الفوار الخاص بك بينما نستكشف التفاعلات التي تكوِّن هذا الفوران الشهير.

الخلفية العلمية

الأحماض والقواعد في كل مكان من حولنا، في سائل غسيل الأطباق، في أدويتنا، وحتى في طعامنا! إنها مفيدة للغاية، ويرجع ذلك جزئيًّا إلى أنها تتفاعل بقوة كبيرة بعضها مع بعض. ويمكننا استخدام هذه التفاعلات لمساعدتنا في التنظيف، أو مداواة معدة مريضة، أو جعل مذاق الطعام شهيًّا.

القاعدة هي مُركب يمكنه أن يمنح أيونات هيدروكسيد سالبة الشحنة. وعندما تضيف قاعدة إلى الماء، يتفكك المركب القاعدي، وإضافة أيونات الهيدروكسيد التي يحتوي عليها تجعل المحلول أكثر قاعدية. وتوجد القواعد في العديد من مستلزمات التنظيف المنزلي إضافة إلى الأدوية للمساعدة في معادلة العصارة المعدية للأشخاص الذين يعانون من حرقة المعدة.

أما الحمض، على النقيض، فهو مُركب يمكنه أن يمنح أيون هيدروجين موجب الشحنة (أو بروتونًا). وعندما تضيف حمضًا إلى الماء، سوف يتفكك جاعلًا المحلول أكثر حامضيةً بإضافة أيونات الهيدروجين التي يحتوي عليها. ورغم أن بعض الأحماض يمكن أن تكون خطرة، فإننا نحتاج إليها أيضًا من أجل البقاء. فعلى سبيل المثال، بينما نمضغ طعامنا، يساعد الحمض الموجود في اللعاب على تكسير الطعام من أجل الهضم!

عندما نمزج حمضًا وقاعدة، نبدأ تفاعلًا حمضيًّا- قاعديًّا. وعندما يكون هناك عددٌ متساوٍ من أيونات الهيدروجين والهيدروكسيد، يعادل الحمض والقاعدة بعضهما بعضًا، وينتجان ملحًا وماء. في هذا النشاط، سوف نستكشف التفاعل الذي يحدث عندما نمزج حمضًا مع كربونات قاعدية.

المواد المستخدمة

  • ماء بارد
  • ليمونتان
  • ملعقة صغيرة من السكر (أكثر أو أقل على حسب ذوقك)
  • ملعقة صغيرة من صودا الخبز
  • كوب من البلاستيك أو الزجاج
  • ملعقة تقليب
  • عصارة ليمون/بالضغط (يوصى بها)
  • سكين (لتقطيع الليمون إلى شرائح)
  • مساعد بالغ
  • ثلج (اختياري)

الإعداد للتجربة:

  • اجعل مساعدك البالغ يقطع كلتا الليمونتين إلى نصفين.

الخطوات

  • استخدم عصارة الليمون لعصر كل العصير من الليمونتين في زجاجتك. تذوق قطرات قليلة من العصير. كيف تصف الطعم؟
  • أضف كمية متساوية من الماء إلى عصير الليمون في زجاجتك. تذوق الخليط مجددًا. هل يختلف مذاقه عن مذاق عصير الليمون فقط؟ كيف؟
  • أضف بحذر ملعقة صغيرة واحدة من صودا الخبز. استخدم ملعقتك لتقليب الخليط. ما الذي يحدث عندما تضيف صودا الخبز إلى عصير الليمون؟ ما الذي تراه وتسمعه يحدث في الزجاجة؟
  • استخدم ملعقتك لتقليب ملعقة صغيرة واحدة من السكر في الخليط. أضف الثلج إذا كنت تريده باردًا!
  • تذوق المزيج! ماذا تلاحظ بشأن المذاق؟ كيف يختلف عن مذاق عصير الليمون وحده؟
  • نشاط إضافي: اترك الخليط لمدة ساعة، ثم تذوقه مرة ثانية. كيف تغير المذاق خلال ساعة؟ ما سبب هذا التغير في رأيك؟

الملحوظات والنتائج

في هذا النشاط، لا بد أنك شاهدت فورانًا أو فقاقيع عندما أضفت صودا الخبز إلى خليط عصير الليمون. وإضافة إلى ذلك، عندما تذوقت المنتج النهائي، لا بد أنك شعرت بالفقاقيع في فمك -والتي كانت نتيجة للتفاعل بين الحمض والقاعدة. هل يمكنك تخمين أي المكونين في الخليط كان الحمض وأيهما كان القاعدة؟

إذا ظننت أن عصير الليمون كان هو الحمض، فإنك محق! يمكنك التعرف على الأطعمة الحمضية (مثل الليمون، وهو حامضي للغاية) من المذاق؛ فالأحماض تكون لاذعةً للغاية. وتشمل الأطعمة الحامضية الأخرى الخل، والجريب فروت، والليم. ومن ناحية أخرى، يصعب التعرف على القواعد. قد يكون مذاق الأطعمة القاعدية مرًّا بعض الشيء بالنسبة لنا -أو قد لا يكون لها مذاق مميز على الإطلاق. وفي هذه الحالة، كانت صودا الخبز هي القاعدة في الخليط، وهي ليس لها مميز. لكنك ربما خمنت أنها القاعدة في التفاعل الذي حدث؛ لأنك بمجرد أن أضفتها، لا بد أن يكون الخليط بدأ في الفوران!

عندما تفاعل الحمض في عصير الليمون (حمض السيتريك) مع القاعدة الكربونية (صودا الخبز)، حدث تفاعل كيميائي نتج عنه غاز ثاني أكسيد الكربون (CO2). وكما تعرف فإن ثاني أكسيد الكروبن هو الغاز نفسه الذي يضاف إلى المشروبات الغازية لجعلها فوارة.

يتطلب هذا التفاعل حمضًا وقاعدة كي يحدث. لذا، عندما تذوقت عصير الليمون أو خليط عصير الليمون والماء، لم تلحظ وجود أي فقاقيع. إن الماء متعادل عمومًا (ليس حمضًا وليس قاعدة) -لذا فإن إضافته إلى عصير الليمون لم تنتج التفاعل الضروري لإنتاج فقاقيع ثاني أكسيد الكربون. ولم يحدث التفاعل إلا عندما أضفت صودا الخبز، وحينها نتجت الفقاقيع.