« اسید » این کلمه احتمالا یکی از مشهور ترین و نام آَشنا ترین ماده در حوزه مواد شیمیایی میباشد که در دسته بندی های گوناگون و برای مصارف متنوع، جای خواهد گرفت.
نام این ماده که در محدوده PH (0-7) قرار دارد، از یک کلمه لاتین تحت عنوان (acidus or acere ) به معنای ترش، گرفته شده است. تقریبا میتوان گفت که انواع اسید ها در تمامی فرآیند های صنعتی به عنوان واکنش دهنده های اصلی و مهم فعالیت دارند.
ویژگی اسیدها
- مزه ترش
- ایجاد حالت سوزش در صورت تماس با پوست
- تغییر دهنده رنگ شناساگر لیتموس به سرخ
- خورندگی
شاید آشناترین ویژگی آنها، خوردنگی آنها باشد که کار کردن با این مواد را نیازمند دقت و مراقب بسیار خواهد کرد. از جمله کاربرد های آنها میتوان به خنثی کردن بازها و یا تغییر رنگ شناساگر ها، الکترولیت بودن، از بین برده رنگ زندگی و… اشاره کرد.
اسید ها در صنعت به اشکال مختلفی وجود خواهند داشت. بطور مثال از برخی انواع آن میتوان به اسید سولفوریک، فسفریک اسید، اسید کلریدریک و…
این مواد را میتوان بر اساس کامل تفکیک شدن آنها در حلال و عدم تفکیک کامل آنها در حلال به دو دسته قوی و ضعیف تقسیم بندی کرد. در ادامه میخواهیم نگاهی کوتاه به مشخصات هر یک از دو دسته بیاندازیم.
- اسید های قوی
اگر پس از حل شدن در حلال، اسید کاملا تفکیک شود، آن را به عنوان اسید قوی خواهیم شناخت. مانند: نیتریک اسید، اسید کلریک، نیتریک اسید، سولفوریک اسید و…
شاید اسیدها در ذهن ما یک شکل مایع داشته باشند، اما همیشه به این صورت نیست. مثلا سولفونیک اسیدها که در دسته اسید های قوی قرار دارند، گاهی به شکل جامد دارند، یا پلی استایرن ها که بسیار اسیدی بوده و به شکل پلاستیک جامد هستند. حال که در ارتباط با دسته اسیدهای قوی صحبت کرده ایم، اشاره ای به سوپر اسیدها بندازیم که از لحاظ قدرت در جایگاه بالاتری قرار گرفته اند. برای مثال سورفوریک اسیدها در دسته قوی قرار دارند اما پرکلریک اسیدها در دسته سوپر اسیدها میباشند.
- اسید ضعیف
اگر پس از حل شدن در حلال، اسید کاملا تفکیک نشود به عنوان اسید ضعیف شناخته خواهد شد. مانند: فسفریک اسید، و یا اسید های آلی استیک اسید، فرمیک اسید و… ( این دسته از اسیدها به طور جزئی واکنش میدهند).
حال که به اسید های آلی اشاره کرده ایم، نگاهی به تقسیم بندی کلی این مواد بیاندازیم. در یک دست بندی کلی، میتوانیم دو دسته آلی و غیر آلی (معدنی) را در نظر بگیریم. که نوع آلی آن نسبت به نوع غیر آلی، ضعیف تر هستند.
نوع آلی
- دارای کربن در ساختار خود
- اسیدهای ضعیف را میسازند
- بسیار جرزئی محلول در آب
- قابل حل در محلول های آبی
نوع معدنی
- متشکل از چند ماده ی آلی
- اسیدیته بالا
- محلول در آب
- حل جزئی در محلول های آلی
- خوردگی بسیار بالا (موجب خوردگی فلزات)
اما چرا همیشه نام اسید و باز در کنار یکدیگر آمده است؟ احتمالا اصلی ترین دلیل برای این امر این باشد که اسید و باز در یک واکنش شیمیایی یکدیگر را خنثی خواهند کرد.
اما چرا؟ یا عبارتی مگر این دو چه تفاوت هایی با یکدیگر دارند؟
تا به اینجا به دسته اول نگاه انداخته ایم. اما اشاره ای هم به سمت مقابل یعنی «بازها»بیاندازیم
تفاوت های اسیدها و بازها
باز که به آن قلیا نیز گفته میشود برعکس اسیدها که محدوده PH (0-7) را به خود اختصاص داده بودند، درPH بالای 7 جای گرفته اند؛ و میتوانند چربی هارا در خود حل کنند. در راتباط با اسیدها گفتیم که ترش مزه هستند و در صورتی که صنعتی نباشند میتوان از همین ویژگی برای تشخیص ماهیت آنها استفاده کرد. اما باز ها ویژگی هایی چون:
- مزه تلخ با حالتی لزج
- ایجاد حالت صابونی در زمان برخورد با پوست بدن
- تولید نمک و آب در زمان واکنش با اسیدها
- رسانای جریان الکتریسیته بودن محلول آنها
همیشه جوش شیرین را به عنوان یک باز شناخته ایم، اما در یک نگاه کوتاه به برخی دیگر از انواع باز میتوان به وایتکس، مایع آمونیاک، یا در یک مثال ملموس آب پوست پرتقال و… اشاره کرد.
باز ها نیز در دو دسته قوی (شامل هیدروکسید فلز های گروه 1 و 2 جدول تناوبی) و دسته ضعیف که در ادامه برای هر یک مثال هایی را خواهیم دید، جایگذاری میشوند.
بازهای قوی
لیتیم هیدروکسید((LiOH
سدیم هیدروکسید (NaOH )
پتاسیم هیدروکسید (KOH)
روبیدیم هیدروکسید (RbOH)
بازهای ضعیف
آمونیاک (NH3)
متیل آمین
برای شناسایی و تفکیک این دو گروه از یکدیگر راه های مختلفی وجود دارد از جمله:
- مزه، که ساده ترین روش است
- فرمول شیمیایی؛ در صورت داشتن فرمول شیمیایی ماده خیلی راحت میشود نوع آن را تشخیص داد چراکه در صورت اسیدی بودن در ابتدا فرمول H2 و H، اما در صورت بازی بودن در انتهای فرمول OH خواهیم داشت.
· استفاده از شناساگر ها، که با تغییر رنگ امکان تشخیص نوع ماده را به ما خواهند داد. معروف ترین نوع شناساگرها میتوان اشاره کرد به:
محلول متیلن بلو
محلول متیلن اورانژ (متیلن نارنجی)
گلبرگ گل سرخ
کاغذ تورنسل (بدست آمده از درخت لیتموس و در واکنش با اسید ها سرخ میشود)
محلول فتالئین (در واکنش با یک محلول بازی، ارغوانی رنگ خواهد شد)
البته امروزه از PH نسج دیجیتال استفاده میشود چرا که باعث صرفه جویی در زمان شده و دقت بالاتری دارد.
اما برگردیم به موضوع اصلی و بررسی آن.
کاربرد اسید ها
از این دسته ترکیبات میتوان به عنوان یکی از پرکاربرد ترین مواد در صنعت نام برد. همچنین میتوان آنهارا به دو دسته کلی صنعتی و غذایی تقسیم کرد.
-
کاربرد غذایی
این مواد دارای طعم ترش میباشند و از طریق مزه آنها میتوان به ماهیتشان پی برد (در صورتی که در دسته صنعتی و سمی ها قرار نگرفته باشند). یکی از کاربرد های این دسته از مواد شیمیایی در بحث مواد غذایی میباشد. گاهی در خود ماده و به شکل بالقوه وجود دارد وگاهی نیز به شکل افزودنی (همچنین تحت عنوان یک ماده نگهدارنده باعث تغییر طعم در غذا ها میشود) در مواد غذایی یافت میشود. برای مثال ریواس دارای اگزالیک اسید میباشد، یا سیتریک اسید در مرکبات وجود دارد، و یا استیک اسید که از آن معمولا به عنوان سرکه استفاده میشود. ولی فسفریک اسید به عنوان یک افزودنی مهم در تولید نوشابه استفاده میشود.
-
کاربرد صنعتی
در دسته خوراکی گفته شد که این مواد به عنوان افزودنی در نوشیدنی و مواد غذایی استفاده میشود و از روی مزه قابل تشخیص هستند. در حوزه صنعتی شاید موضوع کمی پیچیده تر باشد چراکه این مواد بسیار سمی و خطرناک هستند و نه تنها نمیشود از طریق مزه، ماهیت آنهارا شناخت و همچنین نباید در ارتباط با پوست قرار بگیرند بلکه در استفاده از آنها نیز باید تمامی نکات ایمنی را رعایت کرد. برای مثال نتیریک اسید، کلریدریک اسید که احتمالا آنرا به جوهر نمک بشناسید و سولفوریک اسید و… در این دسته از مواد قرار گرفته اند.
این دسته از مواد همچنین در حوزه دارویی نیز قابل استفاده میباشند، به طور مثال استیلن سالیسیلیک اسید که برای عموم تحت عنوان آسپرین شناخته شده است و تحت عنوان مسکن و همچنین برای پایین آوردن تب و… استفاده خواهد شد.
مصارف اسیدها
اگر بخواهیم در چند تیتر مصارف اسیدها را بیان کنیم خواهیم داشت:
- به عنوان یک کاتالیزور آنزیم، در بیوشیمی بطور مثال(سولفوریک اسید برای تولید بنزین در مقادیر بالا)
- برای واکنش خنثی سازی در صنعت شیمیایی
- به منظور تولید نمک در واکنش شیمیای
- به عنوان الکترولیت در باتری ها (برای مثال اسیدفوریک در باتری خودرو)
- به عنوان لعاب برای جلوگیری از خوردگی فلزات و همچنین ریموو کردن زنگ زدگی در آنها
- به عنوان نگهدارنده در حصولات آرایشی
- به عنوان نگهدارنده در محصولات غذایی
- به عنوان افزودنی در غذا و نوشیدنی
متداول ترین اسیدها
اسید ها نیز مانند سایر مواد شیمیایی در جهان دارای نمونه هایی هستند که رایج تر و متداول تر میباشند. نگاهی به برخی از این مواد خواهیم داشت:
- فتالیک انیدرید
- اسید استئاریک
- اسید پلی استایرن
- کلریدریک
- کلریک
- پرکلریک
- نیتریک
- فسفریک
- کرومیک
- استیک
- سیتریک
- فرمیک
- و در شکل خوراکی لاکتیک، اگزالیک و…
اگر بخواهیم نگاهی دقیق تر به کاربرد برخی از اسیدهای مهم بیاندازیم.
· اسید استئاریک
- تولید صابون و دترجنت
- به عنوان عامل سخت کننده در تولید شمع
- تولید لوله هایPVC، ورق، پروفیل، فیلم
- جلوگیری کننده از تغییر رنگ
- در آتش بازی
- حلال رنگ های محلول در روغن
- صنایع لاستیک سازی برای نرم شدن بیشتر لاستیک
- لوازم آرایشی و بهداشتی(تولید کرم)
- عامل روانکاری مداد رنگی
- تولید دارو
- تثبیت کننده ها
- نرم کننده ها
- کشاورزی
- عامل ضد آب
- تولید انواع نرم کننده ها در صنایع نساجی
- خوراک دام و طیور
- محصولات مراقبت شخصی
-
اسید فسفریک
به عنوان یکی از پر مصرف ترین مواد شیمیایی کاربرد هایی چون افزودنی در نوشابه‌های گازدار، تولید کودهای شیمیایی فسفاته، پاک کننده‌های صابونی و غیر صابونی، تصفیه آب، دارو سازی، عوامل بازدارنده اشتعال، کشاورزی، پزشکی، ریموو زنگ آهن و…
-
سولفوریک اسید
این ماده بسیار قوی بوده و ساخته شده از گوگرد است که به آن جوهر گوگرد نیز میگویند و کاربرد هایی چون، استفاده در تولید رنگ، پلاستیک و مواد شیمیایی، صنایع آهن و فولاد، باتری اتومبیل، فراورده نفتی، انواع کود، در تولید مواد شیمیایی (مانند نیتریک اسید، فسفریک اسید)، تصفیه فلزات، در ساخت ابریشم مصنوعی، در ساخت نوع باتری‌های اسید سرب، کشاورزی، تولید داروهای شیمی درمانی و… توجه داشته باشید که در استفاده از این ماده، موارد ایمنی را رعایت کنید چراکه میتواند باعث تخریب پارچه و زخم روی پوست می شود.
-
نیتریک اسید
یک ماده بسیار قوی بوده وباعث خوردگی مواد میشود. همچنین از آن برای پاک کردن ظروف فلزی و آلیاژ آن، ساخت مواد منفجره متنوع چون TNT و… استفاده میشود.
-
اسید کلریدریک
اسید کلریدریک (برای تولید ترکیباتی چون پی وی سی و…، تصفیه آب، تولید انواع مواد غذایی و…). لطفا توجه داشته باشید در صورت داشتن تماس پوستی، از جوش شیرین برای خنثی کردن اثرات این اسید قوی استفاده شود، چراکه این محصول میتواند موجب التهاب و سوزش و… شود.
-
اسید فرمیک
این ماده با نام متانوئیک اسید هم شناخته میشود؛ فرار است و بویی تند و خاصیت خورندگی دارد. و از آن غالبا به عنوان نگهدارنده، سم دفع آفات، به علت اثر آنتی باکتریال در سیلو کشاورزی و… مورد استفاده قرار خواهد گرفت.
-
اسید استیک
در دسته ضعیف طبقه بندی شده و تحت عنوان سرکه در صنایع مختلف استفاده خواهد شد.
اما به عنوان یک ویژگی برجسته از فلزات، میتوان به واژه «خوردگی» اشاره کرد.
-
خوردگی چیست؟
در یک تعریف ساده، خوردگی ناشی از دو واکنش کاهش و اکسایش است. که در طی فرایند تجزیه در قسمت آند (منفی) یون های فلزی که در محلول وجود دارند، باعث ایجاد ترکیبی جامد بر روی سطح فلز میشود؛ که گاهی خوردگی محدود به سطح شده و گاهی وسیع خواهد شد.
اگر بخواهیم ساده تر بیان کنیم، در صورت اکسید شدن تمام اتم های موجود در سطح یک فلز و آسیب به تمام سطح جسم، خوردگی رخ خواهد داد. این نوع خوردگی به خوردگی الکتروشیمیایی شناخته میشود. اگر بخواهیم این پدیده را در ارتباط با فلزات بیان کنیم، از واژه «زنگ آهن» استفاده خواهیم کرد.
از مطلب فوق نتیجه خواهیم گرفت که این پدیده در انواع مختلفی رخ خواهد داد.
انواع خوردگی
-
خوردگی یکنواخت
این نوع خوردگی در سطح مواد اتفاق میافتد و بسیار رایج و متداول است. این پدیده در سطح وسیعی از جسم رخ میدهد. به عنوان مثال میشود از «زنگ آهن» نام برد. در این حالت فلز رفته رفته نازک شده و در نهایت تخریب میشود.
-
خوردگی حفره ای
در ثر یک شکستگی موضعی و یا آسیب پوشش محافظ، یک خوردگی کوچک با یک سطح معمول ایجاد میشود. توسعه و پیشوری این نوع خوردگی غیر قابل پیش بینی میباشد، اما در نهایت تبدیل به سوراخ یا حفره خواهد شد. از اینرو بسیار مخرب است.
همچنین خوردگی فرسایشی، سایشی، غلظتی، گالوانیکی، تنشی، بین دانه ای، شکافی و روی زدایی از انواع دیگر این خوردگی در سطح فلزات میباشند.
اما چه عواملی بر خوردگی فلزات موثر میباشند؟ عواملی چون حرارت (با افزایش دما، سرعت واکنش افزایش میابد)، اختلاف پتانسیل (با افزایش جریان تولیدی)، در معرض اشعه رادیواکتیو بودن، محیط، زمان، فشار و… بر افزایش و یا کاهش پدیده خوردگی موثر میباشند.
در بخش عوامل خوردگی به «محیط» اشاره کرده ایم. کمی بیشتر در این جهت پیشروی کنیم.