ما هو الرقم الهيدروجيني
يعني مصطلح pH اختصارًا لإمكانية الهيدروجين، ويمثل الرقم الهيدروجيني وحدة قياس لتركيز أيونات الهيدروجين في المحلول .
تم تقديم هذه الوحدة من قبل عالم الكيمياء الحيوية بيتر سورين في عام 1909، وكانت تستخدم كطريقة سهلة لتمثيل تركيز أيونات الهيدروجين في المحلول أثناء المعايرة .
عند إضافة حمض أو قاعدة إلى الماء، يتفكك المركب إلى أيونات. وبالنسبة للأحماض، يكون أحد هذه الأيونات أيون الهيدروجين الموجب، مما يوضح لنا كيفية تحديد تراكيز أيونات الهيدروجين
في حين أن القواعد تشير إلى أن أحد الأيونات هو أيون الهيدروكسيد، والذي يرمز له بـ -OH، يمكن استخدام هذا الوصف للأحماض والقواعد وفقاً لنظرية أرهينيوس .
يمكن وصف تركيز أيونات الهيدروجين بالقيمة العددية لمقياس الأس الهيدروجيني .
يمكن أن يعني الرقم الهيدروجيني إمكانيات الهيدروجين أو قوته، حيث يتم تعريف الرقم الهيدروجيني على أنه سالب لوغاريتم القاعدة رقم 10 لنشاط أيون الهيدروجين .
ما المقصود بقياس الأس الهيدروجيني
الأس الهيدروجيني هو المقياس الذي يستخدم لتحديد حموضة المحلول. فإذا كانت قيمة الأس الهيدروجيني أقل من 7، فإن المحلول حمضي، وإذا كانت قيمته تساوي 7، فإن المحلول متعادل، وإذا كانت قيمته أكبر من 7، فإن المحلول قاعدي .
على الرغم من احتواء القواعد على عدد أقل من أيونات الهيدروجين، فإننا نجد المزيد من أيونات الهيدروكسيد والتي تمثل إمكانات كبيرة لتلك الأيونات .
قام العديد من العلماء بدراسة خصائص الأحماض والقواعد، واستوحوا تعريفاتهم الخاصة من أفكار سورنسن وأرينيوس .
تعتبر نظرية برونستيد لوري مفهوما يضم الأحماض والقواعد، حيث تشير إلى أن الأحماض تعمل كمانحين للبروتون، وذلك لأن الهيدروجين المحايد يتألف من بروتون واحد وإلكترون واحد، ويمكن أن يشار إلى الأيون الموجب للهيدروجين بالبروتون .
يستخدم مصطلح الرقم الهيدروجيني pH في الكيمياء لتمثيل إمكانيات الهيدروجين، حيث يعتبر الرقم الهيدروجيني هو مقياس الحموضة أو القلوية، ويتم قياسه بتركيز أيون الهيدروجين، ويحدد الحموضة أو القلوية للمحلول الكيميائي المحدد، وعادة ما تتراوح قيمة مقياس الأس الهيدروجيني من 0 إلى 14.
كيفية استخدام حاسبة الأس الهيدروجيني
يتم إجراء استخدام حاسبة الأس الهيدروجيني بالخطوات الآتية :
- يتم إدخال اسم المحلول الكيميائي وتركيزه في الحقل المخصص للإدخال .
- يتم النقر على زر `حساب` للحصول على قيمة الرقم الهيدروجيني .
- يتم عرض قيمة الرقم الهيدروجيني في النافذة الجديدة .
تُعد هذه القيمة الحسابية أساسية وضرورية في علم الكيمياء، لأن لها العديد من التطبيقات الصناعية والصيدلانية والتجارية، والتي تتضمن الطعام والنبيذ .
يمكن أن يكون الرقم الهيدروجيني مفيدًا في التطبيقات العلمية والبيئية، حيث يستخدم لفهم خصائص التربة والمياه، كما يتم مراقبة الرقم الهيدروجيني في الزراعة والبستنة وتربية الأحياء المائية .
كيفية حساب الرقم الهيدروجيني pH
عند تحديد الأس الهيدروجيني بواسطة تركيز الهيدروجين +H، يجب استخدام الآلة الحاسبة العلمية وتلخيصها في كثير من الأحيان بـ+H، ويتم حساب ذلك باستخدام المعادلات الخاصة بالحساب .
مثال 1: عند حساب الرقم الهيدروجيني لمحلول HCL بتركيز 0.200 مولار .
تعتبر محاليل حمض الهيدروكلوريك من الأحماض القوية، وبالتالي يمكن توقع أن يكون الرقم الهيدروجيني أقل من 7 عند استخدام Hcl بتركيز 0.200 مولار.
تشير الرقم الهيدروجيني 0.70 إلى أن المحلول حمضي للغاية .
مثال 2: عند حساب الرقم الهيدروجيني لمحلول حمض النيتريك بتركيز 0.100 مولر، نجد أن حمض النيتريك، الذي يكون له صيغة كيميائية HNO³، هو حمض قوي آخر، وبالتالي فإن الرقم الهيدروجيني لهذا المحلول سيكون أقل من 7 نظرًا لتركيز أيونات الهيدروجين .
نجد أن درجة الحموضة 1.00 تشير إلى محلول حمضي للغاية، حيث يمكن استخدام الحمض كتركيز لأيون +H في المثالين 1 و 2، لأن كل جزيء من الحمض ينفصل وبالتالي يتم إطلاق أيون +H .
يشار إلى بعض الأحماض باسم الأحماض القوية، بينما معظم جزيئات الأحماض الضعيفة لا يمكنها الانفصال، ولذلك يتطلب حساب الرقم الهيدروجيني لمحاليل الأحماض الضعيفة استخدام طرق أكثر تعقيدًا
أهمية الأس الهيدروجيني
توجد درجة الحموضة في كل مكان من حولنا، ويعد من الأهمية بمكان الحفاظ على درجة الحموضة الثابتة للمحاليل الحيوية، مثل الماء وحمض المعدة والدم .
يمكن لمستوى الحموضة المحايد للماء الذي يتراوح حول الرقم الهيدروجيني 7، أن يجعله قادرا على الذوبان في العديد من المركبات، وفي حالة عدم توفر مستوى الحموضة المناسب في الماء، فلن يحدث العديد من التفاعلات الكيميائية .
يمكن للظواهر الطبيعية أن تعكس تأثيرات التلوث على البيئة، كما هو الحال في حالة المطر الحمضي، حيث يمكن أن يتسبب الترسب الحمضي في تآكل مختلف المواد وتسبب نتائج بيئية خطيرة أخرى .
يلعب الأس الهيدروجيني دورًا حيويًا في الحلول داخل جسم الإنسان، حيث تعد قيم الأس الهيدروجيني الصحيحة أمركبًا حيويًا لوظائف المحاليل في الجسم مثل اللعاب وحمض المعدة والدم .
تعد إنتاج اللعاب في الفم الخطوة الأولى في عملية الهضم في الجهاز الهضمي، حيث يجب تحلل الطعام من خلال المحاليل الحمضية في أجزاء الجهاز الهضمي الأخرى .
العوامل المؤثرة على الرقم الهيدروجيني
هناك العديد من العوامل التي تؤثر على درجة الحموضة، وتشمل ما يلي
وسط القياس : يمكن أن يسبب استخدام الماء المقطر والذي لا يحتوي على أيونات زيادة المقاومة الكهربائية في وسط القياس، مما يؤدي إلى حدوث مشاكل عديدة .
- جهات الاتصال : يتم نقل الطاقة الكهربائية عبر الأقطاب باستخدام الكابلات، وتتم صناعة هذه الكابلات من قبل جهات تصنيع متنوعة .
- كابل توصيل الأس الهيدروجيني : قد تؤدي الدوائر القصيرة إلى حدوث العديد من الأخطاء عند قراءة الأس الهيدروجيني، ولذلك يجب أن يكون مقياس الأس الهيدروجيني وجميع توصيلاته الكهربائية ذات مقاومة عالية للعزل .
- تأثير درجة الحرارة : تعد درجة الحرارة من العوامل المهمة أثناء قياس الأس الهيدروجيني، لأن قيم الأس الهيدروجيني والتفاعلات الكيميائية تعتمدان بشكل كبير على درجة الحرارة.
- تأثير الرطوبة والضغط : قد تتسبب الضغوط الشديدة والتغيرات في الضغط في تلف المادة الزجاجية للمرجع .
- الاضطرابات الميكانيكية : توجد خطورة من تآكل سطح قطب الأس الهيدروجيني الزجاجي بسبب وجود الجسيمات في الوسط، ولذلك صُممت أغشية لزجاجية لتقليل تأثير هذه المشكلة .
- الاضطرابات الكهربائية : يمكن أن تؤدي الأعطال الكهربائية أو حدوث ماس كهربائي إلى فقدان المنحدر أو الإشارة في مقياس الأس الهيدروجيني .