كيف تحدد تراكيز ايونات الهيدروجين

التأين الذاتي للماء

يمكن معرفة تركيز أيونات الهيدروجين في المحلول إذا كان الحل قاعديًا أو حمضيًا أو متعادلًا، وذلك عن طريق عدة علاقات تمكن العلماء من الوصول إليها .

ففي بعض التفاعلات يتخذ الماء شكلًا حمضيًا ، بينما في بعض التفاعلات الأخرى يتخذ شكلًا قاعديًا ، فحينما يتأين الماء ينجم عنه أيونات الهيدروجين (H +) وأيونات الهيدروكسيد (OH -) ، علاوةً على أنه حينما يتفاعل جزيئين من الماء معًا يتكون لنا أيون الهيدرونيوم (H3O +) ، بالإضافة إلى أيون الهيروكسيد (OH –)، ويحدث هذا طبقًا للمعادلة التالية :

H2O + H2O = H3O + + OH

نظرًا لأن الماء النقي يعتبر موصِّلًا ضعيفًا للتيار الكهربائي، فإن ذلك يعني ضعف تأيينه، وبالتالي يكون تركيزه ثابتًا. ومن الممكن أن يدخل تركيز الماء في حالة توازن ثابت، ويمكن التعبير عن ثابت توازن الماء بالشكل التالي:

Kw = [OH -] [H3O +]

ثابت تأين الماء يُعرف بـ Kw .

كيف تحدد تراكيز ايونات الهيدروجين

يمكن معرفة تركيز أيونات الهيدروجين في الماء النقي أو في أي محلولٍ آخر، وذلك عن طريق التعرف على ما إذا كان هذا المحلولِ حمضيًا أم قاعديًا، وذلك باستخدام المعادلة التالية وحسابها

Kw = [OH -] [H +]

إذا كانت قيمة [H +] أكبر من قيمة [OH -]، يعتبر المحلول حمضيًا، وإذا كانت قيمة [OH -] أكبر من قيمة [H +]، يعتبر المحلول قاعديًا، وإذا كانت قيمة [OH -] تساوي قيمة [H +]، يعتبر المحلول متعادلاً .

ما هو الرقم الهيدروجيني PH

قيمة الرقم الهيدروجيني (pH) هي القيمة الرياضية التي يتم حسابها باستخدام المعادلة اللوغاريتمية، وهي مؤشر على حموضة أو قاعدية المادة، وتحسب القيمة السالبة للوغاريتم من تركيز أيون الهيدرونيوم +H3O، وذلك بموجب المعادلة التالية: pH = -log [H3O +]

القيمة الموجودة داخل المربع تشير إلى تركيز أيون الهيدرونيوم بوحدة الأمول لكل لتر. المول هو وحدة قياس لكمية المادة، وأيون الهيدرونيوم يشير إلى حموضة المادة من خلال قيمة الرقم الهيدروجيني. الأرقام التي تقل قيمتها عن 7 تشير إلى أن المادة حمضية في لغة الكيمياء والرياضيات، وارتفاع تركيز أيون الهيدرونيوم يشير إلى حموضة المادة .

تشير قيمة قاعدية المادة إلى أن تركيز الأيون OH هو الأعلى عندما يكون الرقم الهيدروجيني أكبر من 7، مما يدل على أن المادة هي قاعدية .

يتميز الماء بخاصية التعادل بين القاعدية والحموضة، حيث يشير الرقم الهيدروجيني PH للماء والذي يبلغ 7 إلى تعادله، وينطبق ذلك بشكل خاص على الماء المقطر .

وتكون بداية الرقم الهيدروجيني من العدد 0 ، ويصل إلى العدد 14 ، والقيمة التي تنخفض عن 7 إلى أن تصل إلى 0 هي مؤشر القيمة الحمضية للمادة ، فبقدر ما انخفضت قيمة الرقم ارتفعت نسبة الحموضة ، وتم وصف المادة حينها بكونها مادة حمضية ، وبقدر ما ارتفعت عن العدد 7 وحتى الرقم 14 اتصفت المادة بكونها قاعدية .

ومن أجل قياس الرقم الهيدروجيني توجد الكثير من الوسائل ، من أبرزها جهاز PH meter ، وعلاوةً على ذلك ، توجد وسائل أخرى باستعمال الطعام ، وما يُطلق عليه اسم الكواشف الطبيعية ، مثل البنجر ، والملفوف ، والعنب البري ، والتي عن طريقها يتم التعرف على درجة حامضية المادة أو قاعديتها ، بالإضافة إلى أن هذه المواد الطبيعية تتسم بالسهولة المخبرية ، ومن السهل الحصول عليها ، إلا أنها لا تمنح الدقة، ولكن تحدد سلوك المادة وطبيعتها .

على الرغم من ذلك، في معظم مشاكل الكيمياء، لا يتم استخدام نشاط أيون الهيدروجين، بل يتم استخدام التركيز المولي أو المولاري، حيث يعتمد نشاط الأيونات على تركيزها .

يعد معامل النشاط دالة تحدد تركيز الأيونات في المحلول، ويقترب من الواحد عندما يكون المحلول مخففًا بشكل كبير، ويستخدم هذا الرقم كمقياس لتحديد حموضة أو قاعدية المحلول المائي .

كيفية حساب الرقم الهيدروجيني PH

هناك 3 طرق لمعرفة كيفية حساب الرقم الهيدروجيني الحموضي PH

• عن طريق الفلتمتر : يتم إضافة محلول منظم داخل كرة زجاجية غشائية ثم يتم غمسها في المحلول المطلوب قياسه، وذلك يؤدي إلى تكون جهد كهربي بسبب نزوع أيونات الهيدروجين إلى الالتصاق بالطبقة الرقيقة من السيليكات الموجودة على سطح الزجاج، ويتم قياس القوة الكهربائية الدافعة باستخدام قطبين مرجعيين، واحد منهما داخل الكرة الزجاجية والآخر خارجها، وتستخدم هذه الطريقة لحساب الرقم الهيدروجيني للمحلول .
• مقحل حقلي حساس : يتشابه طريقة عمل المقحل مع طريقة عمل الكرة الزجاجية، حيث تتجمع أيونات الهيدروجين على سطح غشاء المدخل الحساس للمقحل، وينتج عنها جهد كهربائي يؤدي إلى تغيير تدفق التيار الكهربائي في الترانزيستور. ويمكن أن يؤدي هذا التغيير إلى إنتاج إشارة كهربائية باستخدام جهاز مناسب، كما يمكن أن يقيس الرقم الهيدروجيني مباشرة .
• كاشف لوني : يمكن التعرف على الرقم الهيدروجيني PH عن طريق استخدام الكواشف الملونة وأسلوب مقارنة الألوان .

حول الرقم الهيدروجيني

• كان العالم الدنماركي سورين سورينسن أول من استخدم أس أيون الهيدروجين لقياس قيمة الرقم الهيدروجيني في عام 1909، حيث كان يحاول تحديد درجة القاعدية والحموضة باستخدام قياسات كهربائية .
• يشير الرقم الهيدروجيني أيضًا إلى تركيز أيونات الهيدروجين الموجودة في السائل .

العوامل المؤثرة على الرقم الهيدروجيني

يعتمد الرقم الهيدروجيني على العديد من العوامل التي تؤثر على درجة حموضته أو قاعديته، وقد تتغير حالة السائل من قاعدية إلى حموضة أو العكس، ومن بين العوامل المؤثرة الأكثر أهمية على الرقم الهيدروجيني

• كثافة السائل .
• درجة الحرارة .
• النشاط الإشعاعي .
• المذاق والرائحة .
• التوصيل الكهربي .
• تغير اللون .
• المواد الصلبة .
• الكدرة .

فوائد الرقم الهيدروجيني

• يعتبر السائل الحمضي من أهم العوامل التي تساهم في عملية الحمل والولادة .
• يقوم الجسم بإفراز سوائل حمضية مثل العرق والبول، لذلك يجب استخدام مواد قاعدية مثل الصابون في تنظيف الجسم .
• تشير زيادة نسبة الحموضة في الجسم إلى زيادة الالتهاب في الخلايا في الجسم .
• زيادة نسبة الحموضة في الدم تشير إلى نقص الأكسجين .