تأثيرات درجة الحرارة على الأس الهيدروجيني

ما هو الرقم الهيدروجيني

• يستند تعريف الحموضة على كمية أيونات الهيدروجين المتاحة، ويعود أول استخدام للمصطلح إلى العالم الدنماركي SPL Sorenson الذي قام بتعريف مصطلح pondus hydrogenii للتعبير عن تركيزات صغيرة جدًا من أيونات الهيدروجين، والتي نستخدمها الآن لتعريف الأس الهيدروجيني .
• يتم التعبير عن العلاقة بين الأس الهيدروجيني وتركيز أيون الهيدروجين باستخدام الصيغة pH = -log10aH.
• يتعلق قياس الأس الهيدروجيني بالمحاليل المائية بشكل سريع.
• يمكن الإشارة إلى الحلول التي لا يكون فيها المذيب ماء على أنها محاليل غير مائية، وهي تحتوي على مناظر لا تحمل دائما أيونات الهيدروجين، مما يجعل قياس درجة الحموضة مجموع غير محدد، ولكن يمكن في بعض الأحيان قياس الرقم الهيدروجيني إذا تم اعتبار تركيز الأيونات الانفصالية للمذيب، مثل قياس تركيز كلوريد الفوسفوريك الأساسي في قياس كلوريد الفوسفوريك، ويجب أيضا معرفة الرقم الهيدروجيني لحمض الكبريتيك .

تأثيرات درجة الحرارة على الأس الهيدروجيني

• تلعب درجة الحرارة دور مهم في قياسات الأس الهيدروجيني ، مع ارتفاع درجة الحرارة، تزداد الاهتزازات الجزيئية مما يؤدي إلى قدرة الماء على تأين وتشكيل المزيد من أيونات الهيدروجين ، نتيجة لذلك ، سينخفض ​​الرقم الهيدروجيني ، يمكن تمثيل تفكك الماء في أيون الهيدروجين والهيدروكسيد على النحو التالي :

H2O (l) ⇌ H + (aq) + OH− (aq)

• سيخضع كل محلول لتغيير في قيمة الأس الهيدروجيني من خلال التغيرات في درجة الحرارة ، الاختلاف في قياسات الأس الهيدروجيني عند درجات حرارة مختلفة، يخبر مستوى الأس الهيدروجيني الجديد ببساطة عن الرقم الهيدروجيني الحقيقي لهذا المحلول عند درجة الحرارة المحددة ، اعتماد درجة الحرارة على الرقم الهيدروجيني للمياه النقية .
• يتضح أن الرقم الهيدروجيني pH للماء عند درجة الصفر مئوية هو ٤٧، ولكن نفس الماء عند درجة الحرارة المئوية ١٠٠ سيكون له درجة حموضة ٦.١٤.

الإشراف المشترك مع اختبار الأس الهيدروجيني

الإشراف الشائع هو عندما تأخذ عينة من خزان المعالجة وتقوم بقياس الرقم الهيدروجيني في المختبر. في ذلك الوقت، قد لا تكون تقيس الرقم الهيدروجيني بنفس درجة الحرارة في خزان العملية، وهذا يعني أنه لن يكون لديك القيمة الصحيحة للرقم الهيدروجيني للعينة. وبالتالي، قيمة الرقم الهيدروجيني بدون قيمة درجة الحرارة لا تكون لها معنى. يمكن التغلب على ذلك ببساطة عن طريق اختبار الرقم الهيدروجيني في الموقع وفي مصدر العينة .

أنواع تعويض درجة الحرارة

هناك نوعان شائعان من تعديل درجة الحموضة عند العمل بقياسات الأس الهيدروجيني .

• يعوض تعويض درجة الحرارة التلقائي (ATC) عن تقلبات خرج ملي فولت من القطب، ويتم استخدام ATC على نطاق واسع في أجهزة قياس الأس الهيدروجيني الحالية لتحقيق نتائج دقيقة وسريعة .
• تعويض درجة حرارة المحلول (STC) (سواء كان ذلك ضروريا سيعتمد على دقة الأس الهيدروجيني المطلوبة) يحول الأس الهيدروجيني عند درجة حرارة القياس إلى الرقم الهيدروجيني عند درجة حرارة مرجعية، ودرجة الحرارة المرجعية بشكل عام هي 25 درجة مئوية، يمكن فقط مقارنة قيم الأس الهيدروجيني المستخلصة عند نفس درجة الحرارة أو تحويلها باستخدام تعويض درجة حرارة المحلول مع بعضها البعض .
• يجب تذكر أن تأثير درجة حرارة المحلول وتأثير درجة حرارة القطب مختلفان، وللحصول على أفضل النتائج في قياس الأس الهيدروجيني، يجب دائمًا المحافظة على درجة حرارة المعايرة والقياس متساوية .

قياس الأس الهيدروجيني في المحاليل المائية

تتحرك جزيئات الماء بشكل مستمر، ونظرًا لأنها في حالة حركة ثابتة، فإن عددًا قليلًا من جزيئات الماء سيتصادم ويفكك لتشكيل [H +] (أيونات الهيدروجين) و [OH-] (أيونات الهيدروكسيد) في ما يسمى بتفكك الماء التلقائي .

نظرًا لأن المذيب هو ماء، فإنَّ المحاليل المائية ستكون لها دائمًا نشاطًا أيونيًا H+ (هيدروجين) أو نشاطًا أيونيًا OH- (هيدروكسيد). وبقياس نشاط الأيون الهيدروجيني، يُمكن معرفة ما إذا كان المحلول المائي حمضيًا أو قلويًا أو متعادلًا .

الفرق بين درجة الحموضة والحموضة

عندما ينخفض الرقم الهيدروجيني للماء، لا يعني ذلك أن الماء يصبح أكثر حمضية عند درجات الحرارة المرتفعة. يمكن أن يصبح المحلول أكثر حمضية فقط إذا كان هناك مستوى أعلى من أيونات الهيدروجين من أيونات الهيدروكسيد. في حالة المياه النقية، لا يتغير تركيز أيونات الهيدروجين وأيونات الهيدروكسيد أبدا. لذلك، يكون الماء دائما متعادلا، بغض النظر عما إذا كان مستوى الأس الهيدروجيني يتغير أم لا. في درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية)، يكون الرقم الهيدروجيني للماء النقي 7. إذا زادت درجة الحرارة إلى 100 درجة مئوية، يكون الرقم الهيدروجيني للماء النقي 6.14، ولا يزال متعادلا على مقياس الأس الهيدروجيني على الرغم من أنه أقل من ذلك.

متحكمات الأس الهيدروجيني مع تعويض يدوي لدرجة الحرارة

عندما يدخل المستخدم درجة حرارة المحلول يدويًا في جهاز التحكم في الأس الهيدروجيني، يقوم المقياس بتصحيح قراءات الأس الهيدروجيني لمعدل حساسية القطب الكهربي .

يزيل تعويض درجة الحرارة معظم أخطاء القياس المعتمدة على درجة الحرارة من القطب ، يمكن إجراء مزيد من التقليل من هذا الخطأ في كل من  مقاييس الأس الهيدروجيني المعوض عن درجة الحرارة وغير درجة الحرارة ، عن طريق معايرة أداة الأس الهيدروجيني وإلكترود الأس الهيدروجيني بنوع محلول عازل الأس الهيدروجيني المحدد ، والذي يكون قريب من قيم القياس المتوقعة للأس الهيدروجيني ، وهو عند نفس درجة حرارة المحلول المراد قياسه .

نقوم بتصنيع محلولين منظمين لدرجة الحموضة، وهما محلول درجة الحموضة 2.00 ومحلول درجة الحموضة 10.00، وصُمما خصيصاً لهذا الغرض .

تقلل هذه التقنية أيضا من الأخطاء الأخرى المتعلقة بدرجة الحرارة، والتي تحدث في جميع أقطاب الأس الهيدروجيني ولكن لا يمكن التنبؤ بها، أو تعويضها عند حدوث تغيرات في درجة الحرارة، هذه الأخطاء غير المتوقعة في قياس الأس الهيدروجيني، بسبب تغير درجة الحرارة، معقدة نوعا ما في طبيعتها، وتختلف من قطب كهربائي إلى قطب كهربائي .

يمكن أن تتسبب هذه الأخطاء في أخطاء صغيرة ، ولكنها تؤثر بشكل واضح على قياس الأس الهيدروجيني. لسوء الحظ ، لا يوجد الكثير الذي يمكن القيام به بشأن ذلك بطريقة اقتصادية أو عملية بالنسبة لمعظم مستخدمي أدوات الأس الهيدروجيني. لذلك، في الواقع، يتم تجاهل هذه الأخطاء في تطبيقات الأس الهيدروجيني اليومية بشكل عام .