تعريف الرقم الهيدروجيني
الرقم الهيدروجيني PH هو مقياس يستخدم لتحديد مدى حموضة الماء القاعدية، ويتراوح من 0 إلى 14. عندما يكون الرقم 7، يكون الماء متعادلا، وعندما يكون الرقم أقل من 7، يكون الماء حمضيا، وعندما يكون الرقم أكبر من 7، يكون الماء قاعديا. يعكس الرقم الهيدروجيني كمية الأيونات الهيدروجين والهيدروكسيل الموجودة في الماء، حيث يكون الماء الحامضي عندما يحتوي على المزيد من أيونات الهيدروجين، بينما يكون الماء القاعدي عندما يحتوي على المزيد من أيونات الهيدروكسيل. يجب مراعاة أن الرقم الهيدروجيني يمكن أن يتأثر بالمواد الكيميائية الموجودة في الماء، وبالتالي فإنه مؤشر مهم لتغيرات الماء الكيميائية .
يتم تقديم قياس الحموضة أو القاعدية في وحدات اللوغاريتم، ويمثل كل رقم في هذه الوحدات تغيرا بمقدار 10 أضعاف في حموضة/قاعدية الماء، ويكون الرقم الهيدروجيني pH للماء النقي خمسة، ويزيد بمقدار 10 درجات للحموضة، ونحن نعلم أن درجة حموضة الماء تبلغ 6، ويمكن حساب الرقم الهيدروجيني pH بسهولة.
أهمية الرقم الهيدروجيني
يحدد الرقم الهيدروجيني للماء قابلية الذوبان فيه، والتوافر البيولوجي للمواد الكيميائية مثل العناصر الغذائية (الفوسفور والنيتروجين والكربون) والمعادن الثقيلة (الرصاص والنحاس والكادميوم وغيرها)، على سبيل المثال، فهو لا يؤثر فقط على شكل وكمية الفوسفور، بل يحدد أيضا ما إذا كان الرقم الهيدروجيني مناسبا للحياة أم لا. في حالة المعادن الثقيلة، يحدد الرقم الهيدروجيني قابلية الذوبان وسميتها، حيث تكون المعادن أكثر سمية عند انخفاض درجة الحموضة بسبب زيادة قابليتها للذوبان.
العوامل المؤثرة على الرقم الهيدروجيني
يتطلب الحفاظ على مستوى الأس الهيدروجيني الصحيح في حوض السباحة أو حوض السمك أو التربة أو حتى جسم الإنسان اختبارا وتصحيحا متكررا، والرقم الهيدروجيني هو مقياس لتوازن الأحماض والقلويات في السائل أو التربة، وهناك العديد من العوامل التي ستؤثر على مستويات الأس الهيدروجيني، وسيساعد تطوير الوعي بهذه العوامل في التحكم في تأثيرها على توازن مستوى الأس الهيدروجيني، وتتمثل هذه العوامل فيما يلي
- التشبع: عندما يتم إذابته في الماء، ينتج ثاني أكسيد الكربون حمضًا ضعيفًا يمكنه تغيير توازن الأس الهيدروجيني، ويأتي ثاني أكسيد الكربون من مصادر مختلفة، بما في ذلك عمليات التنفس وتحلل الأسماك والحشرات والنباتات المائية والطحالب والبكتيريا .
- الأحماض والالكالين: تؤثر كلا من التربة والألكاين والمرجان وأشكال المواد العضوية المختلفة على الرقم الهيدروجيني ، حيث يقوم بغسل المواد السائلة التي فوقها ، ويقوم بإطلاق معادن مختلفة في البيئة المحيطة، هذه المعادن ، مثل معادن الكالسيوم والكبريتيد ، وتتحول بعد ذلك إلى أحماض عضوية قد تحدث بعد ذلك تغييرا في الرقم الهيدروجيني .
- هيبوكلوريت الصوديوم والكالسيوم: كل من هيبوكلوريت الصوديوم والكالسيوم يؤثران بشكل طفيف على مستوى الأس الهيدروجيني. يستخدم هيبوكلوريت الكالسيوم عادة في تنقية مياه الشرب وتطهير محطات معالجة المياه. يتم إدخال المركبين بسهولة في الجسم ويمكنهما تغيير الرقم الهيدروجيني الذي يمكن قياسه بواسطة اختبارات بسيطة مثل اختبار البول واللعاب .
- الكلور: عندما يتحول الكلور إلى غاز، يقلل من مستوى الرقم الهيدروجيني، لذلك يجب إجراء فحص دائم لحمامات السباحة ومصادر المياه المكلورة. إذ قد ينطلق الكلور الذي تم إضافته لمعالجة المياه في شكل غازي (إذا تم إضافته بشكل غير صحيح) ويؤدي إلى تغيير التوازن .
- الملوثات المحمولة جوا: تسبب الغبار والملوثات الأخرى الصغيرة التي يحملها الهواء في تغيير مستوى الأس الهيدروجيني بشكل كبير لنفس السبب الذي يؤدي إلى تغيير مستوى الأس في الصخور والتربة، فقد تحتوي الجسيمات الدقيقة على مركبات كيميائية أو عضوية يمكن أن تتحول عند إذابتها في الماء إلى أحماض أو مركبات خفيفة ذات خصائص قلوية .
- تلوث الهواء: غالبًا ما يحتوي التلوث الناتج عن التصنيع والنقل ومصادر أخرى على أكاسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكبريت، التي تتحول إلى أحماض عند إدخالها في الماء والسوائل الأخرى، مما يؤثر بشكل كبير على مستوى الأس الهيدروجيني .
الرقم الهيدروجيني للتربة
عند قياس قيم الأس الهيدروجيني للتربة بـ 0.01 مول لتر 1 CaCl2 أو 1 مول لتر 1 KCl، فإن القيم عموما تكون أقل من القيم التي تم الحصول عليها باستخدام الماء. ذلك يعود إلى انحياز أيونات هذه الملح إلى استبدال H+ و Al3+ في التربة بمحلول التربة. تتركز هذه المحاليل الملحية بشكل كاف لتعويض الاختلافات في تركيز الملح في محلول التربة، وبالتالي تقليل تأثير تركيز الملح على القيمة الهيدروجينية في معظم أنواع التربة. تساهم هذه الحلول أيضا في التغلب على التأثير المحتمل للتداخل. يستخدم الكالسيوم لتقدير درجة الحموضة لأنه الذي يهيمن على محلول التربة في المناطق المعتدلة بتركيز 0.01 مول لتر -1. ومع ذلك، فإن التركيز أعلى نسبيا من تراكيز معظم محاليل التربة، وبالتالي فإن قيم الأس الهيدروجيني التي يتم الحصول عليها بهذه الطريقة عادة ما تكون أقل من قيم محاليل التربة .
بالنسبة لبعض الأراضي الجوفية العالية النفاذية للهواء في المناطق الاستوائية، قد يكون مستوى الحموضة في محلول الملح في الواقع أعلى من مستوى الحموضة في الماء، وذلك بشكل خاص في الأراضي الجوفية التي تحتوي على طين سيليكات مشحون سالبا وتفتقر إلى المواد العضوية، حيث تسيطر أكاسيد الحديد والألومنيوم على التبادل الأيوني في هذه الأرض، وعندما يكون مستوى الحموضة قيما حمضية، يكون الشحنة إيجابية، مما يخلق بيئة فعالة لامتصاص الأنيونات، وبالتالي عند إضافة الملح (مثل CaCl2 أو بوكل)، يزيد تركيز OH- ويضاعف تركيز الكلوريد عن تركيز الهيدروجين الموجب، مما يؤدي إلى زيادة في الحموضة.
لماذا يعتبر الرقم الهيدروجيني مهم في تعليب الأطعمة
عادة ما يتم تصنيف الأطعمة كـ `أطعمة حمضية` (درجة حموضة منخفضة، درجة حموضة 4.6 أو أقل) أو `أطعمة منخفضة الحموضة` (درجة حموضة عالية، درجة حموضة تزيد عن 4.6). يتم استخدام الرقم الهيدروجيني للأطعمة لتحديد إجراءات التعبئة الآمنة. يمكن تعبئة الأطعمة الحمضية مثل الفواكه والمخللات بأمان في حمام مائي مغلي، وهو مزيج من الحموضة والماء المغلي (212 درجة فهرنهايت) يقضي على الكائنات الحية المسببة للفساد مثل العفن والخميرة .
يعد تعبئة الماء المغلي مهما لمنع نمو الفطريات والخمائر التي تتحمل الأحماض والتي يمكن أن تزيد من الرقم الهيدروجيني للأطعمة الحدودية ، مثل التين والطماطم ، حيث يجب أن يكون قيمة الأس الهيدروجيني لهذه الأطعمة أقل من 4.6 ، وبالتالي يجب إضافة عصير الليمون أو حمض الستريك قبل تعبئة الماء المغلي. كما يجب تعبئة الخضار واللحوم التي تحتوي على حموضة منخفضة في علب الضغط لجعلها آمنة. لذلك يجب فهم كيفية حساب الرقم الهيدروجيني وكيفية تحديد تراكيز أيونات الهيدروجين.