ما يميز الأس الهيدروجيني في الأحماض عن القلويات

ما هو الرقم الهيدروجيني

يتم تعريف الأس الهيدروجيني على أنه اللوغاريتم السالب لتركيز أيون H+، ولذلك فإن معنى اسم pH مبرر باعتباره قوة الهيدروجين.

ندرك أن جميع الأحماض والقواعد لا تتفاعل مع نفس المركب الكيميائي بنفس السرعة، حيث يتفاعل بعضها بشدة، وبعضها الآخر بشكل معتدل، بينما لا يظهر أي رد فعل من البعض الآخر. ولتحديد قوة الأحماض والقواعد كميا، نستخدم مؤشرا عالميا يظهر ألوانا مختلفة بتركيز مختلف من أيون الهيدروجين في المحلول. بشكل عام، يستخدم القيمة الحمضية والقيمة القاعدية لتحديد قوتها كمية.

تمييز الأس الهيدروجيني في الأحماض والقلويات

يتراوح مقياس الرقم الهيدروجيني لمحلول ما بين 0 و 14، ويستند إلى ذلك

• تسمى المحاليل التي يكون لها قيمة pH تتراوح بين 0 و7 على مقياس الأس الهيدروجيني حمضية، وتُعرف المحاليل التي يكون لها قيمة pH تتراوح بين 7 و14 على مقياس الأس الهيدروجيني بأنها قلوية.
• تسمى المحاليل التي لها قيمة pH تساوي 7 على مقياس الأس الهيدروجيني المحاليل المحايدة.
• تعتبر المحاليل التي تمتلك قيمة pH تساوي 0 من المحاليل الحمضية القوية، وتنخفض درجة الحموضة مع زيادة قيمة الأس الهيدروجيني من 0 إلى 7، بينما تسمى المحاليل التي تحمل قيمة الأس الهيدروجيني 14 بالمحاليل القلوية القوية.
• تقل قيمة القلويات مع انخفاض قيمة ال pH من 14 إلى 7.
• تعتمد قوة الأحماض والقواعد على عدد الأيونات H+ و OH- المنتجة، حيث تعتبر الأحماض التي تنتج عددًا أكبر من أيونات H+ هي الأحماض القوية، والعكس صحيح.
• تختلف درجة التأين للأحماض والقواعد باختلاف نوعها، ويُساعد هذا في تحديد قوة الأحماض والقواعد.
• تعتمد قوة الأحماض على تركيز أيون الهيدرونيوم (H3O +). يمكننا أيضا التمييز بين الأحماض والقواعد بمساعدة المقارنة بين تركيز أيون الهيدرونيوم وأيون الهيدروكسيل.
• بالنسبة للمحلول الحمضي: [H3O +]> [OH–]
• للمحلول المحايد: [H3O +] = [OH–]
• للمحلول الأساسي: [H3O +] <[OH–]

قوانين الرقم الهيدروجيني

يتم تعريف النشاط بتركيز أيون H+؛ aH+ = [H+] / مول L-1، ومن ثم يتم تعيين الرقم الهيدروجيني للمركب بناءً على ذلك ،

• عندما يكون [H+] > 10^-7، يكون الرقم الهيدروجيني أقل من 7 ويكون المحلول حامضيًا.
• عندما تكون [H +] = 10^-7 ، يكون الرقم الهيدروجيني 7، ويكون المحلول متعادلاً.
• إذا كانت تركيز أيون الهيدروجين [H+] أقل من 10^-7 ، فإن القيمة الهيدروجينية تكون أكبر من 7 والمحلول يكون قاعديا.

تخضع قيمة pKw للتغيير بناءً على التركيزات النسبية لأيونات الهيدروجين والهيدروكسيل؛ إذ أن منتجها ثابت دائمًا، ويمكن تقريبًا حساب الأس الهيدروجيني للأحماض والقواعد باستخدام مقياس الأس الهيدروجيني، بينما نستخدم مقاييس الأس الهيدروجيني للحصول على القيم الدقيقة.

حساب pH لمحاليل الأحماض والقواعد 

مقياس الأس الهيدروجيني لوغاريتمي ويظهر تركيز أيونات الهيدروجين في المحلول بشكل عكسي. وذلك لأن الصيغة المستخدمة لقياس الأس الهيدروجيني تقارب التركيز المولي لأيونات الهيدروجين في المحلول إلى سالب لوغاريتمات القاعدة 10 ، وبشكل أكثر تحديدًا ، الرقم الهيدروجيني هو النشاط السلبي لأيون H + من لوغاريتمات القاعدة 10.

يمكن تحديد مقياس الأس الهيدروجيني باستخدام سلسلة من الحلول القياسية التي تم تحديدها وفقا لاتفاقية دولية، وذلك بحساب فرق الجهد بين قطب الهيدروجين والقطب القياسي، مثل قطب كلوريد الفضة، وباستخدام خلية تركيز مع تحويل لحساب القيم القياسية للأس الهيدروجيني، كما يمكن استخدام قطب كهربائي زجاجي ومقياس الأس الهيدروجيني أو مؤشر تغيير اللون لقياس الأس الهيدروجيني للمحاليل المائية.

حدود مقياس الأس الهيدروجيني

عدم تزويدنا بقيمة الرقم الهيدروجيني للمحلول لا يعطينا فكرة فورية عن قوة الحموضة أو القلوية النسبية للمحلول

• قيمة الرقم الهيدروجيني تساوي صفر لمحلول 1N من حمض قوي.
• تتميز الأحماض القوية ذات التراكيز 2N ، 3N ، و ION بقيمة الرقم الهيدروجيني السالب.
• عند التركيزات العالية ، يتم استخدام وظائف حموضة هاميت بدلاً من قياس درجة الحموضة.

أهمية الرقم الهيدروجيني

يمكن لكائن حي الحفاظ على نطاق ضيق من تغير الأس الهيدروجيني فقط، وأي تغيير إضافي في الرقم الهيدروجيني يمكن أن يجعل الحياة صعبة، مثل ذلك؛

• في حالة المطر الحمضي، يكون الرقم الهيدروجيني للمياه أقل من 7، وعند امتزاجه بمياه النهر يقلل من الرقم الهيدروجيني لمياه النهر وبالتالي يصعب بقاء الحياة المائية فيها.
• نعلم أن معدتنا تحتوي على حمض الهيدروكلوريك الذي يساعد في هضم الطعام ، عندما تفرز المعدة الكثير من حمض الهيدروكلوريك أثناء عسر الهضم ، نشعر بالكثير من الألم والتهيج ،  ومن ثم ، فإننا نستخدم بشكل عام مضادات الحموضة أو قاعدة خفيفة تزيد من درجة الحموضة في المعدة الحمضية وبالتالي تقلل الألم.
• تخفض البكتيريا الموجودة في أفواهنا درجة الحموضة في بعض الأحيان عن طريق إنتاج الأحماض من تحلل جسيمات الطعام. ولذلك، يُطلب منا تنظيف أفواهنا باستخدام معجون الأسنان (الذي يعتبر أساسيًا بشكل عام) لمنع تسوس الأسنانعن طريق الحفاظ على الرقم الهيدروجيني.
• يسبب لسعة النحل الكثير من الألم حيث تقوم النحلة بحقن حمض الميثانويك من خلال لدغتها، ويفضل عمومًا تطبيق صودا الخبز أو مواد معتدلة أخرى على السطح لأنها تساعد على الحفاظ على الرقم الهيدروجيني للسطح.

العوامل المؤثرة على الرقم الهيدروجيني

• لا يتوقف الرقم الهيدروجيني للحمض القوي أو القاعدة على درجة الحرارة.
• ينخفض الرقم الهيدروجيني للحمض الضعيف مع زيادة درجة الحرارة بسبب زيادة التأين.
• يزداد الأس الهيدروجيني للقاعدة الضعيفة مع زيادة درجة الحرارة بسبب زيادة تأين الأيون [OH-] أو تركيزه.