التعريف الفني لـ pH أو الرقم الهيدروجيني، هو اللوغاريتم لمعاملة نشاط أيون الهيدروجين في محلول معين، لذا، ربما كنت تسأل : ما الذي يعنيه هذا ؟ إذا نظرنا إلى ما يمثل الرقم الهيدروجيني، نجد أنه هو قياس كيفية حل الحمضية أو القلوية ( الأساسية )، فإذا أخذنا عينة من نبات المعالجة أو نفايات السوائل وقياس الرقم الهيدروجيني، فإن ما نقيسه حقًا هو التوازن بين كمية الحمض والمواد الكيميائية الأساسية في تلك المياه .
أساسيات الأس الهيدروجيني
بعض الحقائق الأساسية حول الرقم الهيدروجيني :
تُقاس درجة الحموضة على مقياس يتراوح من 0 إلى 14 .
يُستخدم الرقم الهيدروجيني لقياس نشاط أيونات الهيدروجين في المحلول .
– يعد الرقم الهيدروجيني 7.0 متوازنًا أو محايدًا، حيث يحتوي على كمية متساوية من الحمض وأيونات القاعدة .
الحموضية أقل من 7.0 تعتبر حمضية .
إذا كان مستوى الحموضة (pH) أعلى من 7.0 فهو قلوي (أو مادة قاعدية) .
يستخدم الرقم الهيدروجيني عادة للتعبير عن نشاط أيون الهيدروجين، وهذا الأيون يكون ذرة مشحونة أو جزيئية، وتتألف ذرة الهيدروجين من بروتون واحد وإلكترون واحد، وتشارك إلكترونها بسهولة، ونظرا لقدرة ذرة الهيدروجين على المشاركة في تبادل الإلكترونات مع عناصر أخرى بسهولة، يمكن للهيدروجين أن يتفاعل مع ذرات عناصر أخرى، وهذا يشكل ما يعرف بالرابطة الأيونية .
فهم الذرات
جميع الذرات تحمل شحنة إيجابية للبروتونات وشحنة سالبة للإلكترونات، ومعظم الذرات تحتوي على نيوترونات غير مشحونة (محايدة)، ويحتوي الهيدروجين في أصله النقي على إلكترون واحد وبروتون واحد، ومع ذلك، إذا وجد النيوترون في نواة الذرة أو في المركز، فإننا نسمي ذلك نظير الهيدروجين، وعناصر الديوتيريوم (نيوترون واحد) والتريتيوم (اثنان من النيوترونات) هي نظائر الهيدروجين، وتعطي النيوترونات وزنا ذريا ولكن لا تغير شحنتها الأيونية .
شيء آخر يتعلق بالذرات قبل مناقشة تكوين المركبات، مثل الماء. تحتوي الذرات على إلكترونات تدور حول نواتها، والنواة تحتوي عادة على بروتونات ونيوترونات. يتم ترتيب الإلكترونات في الأغلفة، وهذه هي المدارات التي تدور فيها الإلكترونات حول النواة. يمكن مقارنة الذرة بنظامنا الشمسي لمدة دقيقة: الشمس مشابهة لنواة الذرة حيث توجد البروتونات والنيوترونات، والكواكب التي تدور حول الشمس مشابهة للإلكترونات .
وتخبرنا النظرية الذرية أن القشرة الداخلية الأقرب إلى النواة لا يمكن أن تحتوي على أكثر من إلكترونين، ويمكن أن تحمل الصدفة التالية ثمانية إلكترونات، ويمكن للقذيفة الثالثة من المركز استيعاب ما يصل إلى 18، والثالث والخامس 32 لكل منهما، ويمكن أن يحمل السادس ما يصل إلى ثمانية أو ثمانية عشر، والقذيفة السابعة ( والأخيرة ) إما اثنين أو 18، وتمتلك ذرة من البلوتونيوم، التي لديها 94 بروتون ( وبالتالي عدد ذري من 94 )، الإلكترونات على طول الطريق في القشرة السابعة .
تشكيل الجزيئات
الآن، سنتحدث عن الروابط الأيونية، وأحد أمثلتها الماء، الذي يتكون من ذرة واحدة من الأكسجين وذرتين من الهيدروجين (H2O). تحتوي ذرة الهيدروجين على إلكترون واحد فقط، ولكنها تحتوي على مكانين للإلكترونات في قوقعتها الخارجية. أما ذرة الأكسجين، فتحتوي على ثمانية إلكترونات. ولذلك، تسعد ذرة الأكسجين بالمشاركة في قوقعتها الإلكترونية الخارجية مع ذرتي الهيدروجين. عند وجود ذرتي هيدروجين، فإنها تشعر بالرضا لأن الفراغات الفارغة الآن مشبعة بالإلكترونات. يقال إن المركب مستقر. وإذا كان المركب يحتوي على إلكترون واحد أكثر من عدد البروتونات، فإن المركب مشحون سالبا. وإذا كان هناك بروتون واحد أكثر من عدد الإلكترونات، فإن المركب مشحون بشكل إيجابي .
يعرف العديد من المشغلين البوليمر وهو مخثر يستخدم كمساعد للاستقرار وفي معالجة المواد الصلبة الحيوية، ويتكون البوليمر من مركبات كيميائية مشحونة، حيث يكون البوليمر الكاتيوني مشحونًا بشكل إيجابي ويتم شحن البوليمر أنيونيًا بشكل سلبي، بينما يكون البوليمر غير الأحيائي محايدًا .
أيون الهيدروجين المجاني مشحون بشحنة إيجابية (H+)، أما المركب المعروف باسم الهيدروكسيل، المكون من ذرة هيدروجين وذرة أكسجين واحدة، فهو مشحون بشحنة سالبة، حيث يحتوي على إلكترون إضافي واحد. وعندما ينضم الأيون H+ إلى جزيء الماء (H2O)، يتم تشكيل مركب (hydronium (+H3O)) وهو أيون الهيدرونيوم الذي يجعل قيمة الأحماض أقل من درجة الحموضة، ويضفي طعما حامضيا على السوائل الحمضية. والمادة الأساسية (أو القلوية) هي مادة تقبل البروتونات، وبالتالي تحيد الحمض، ومثال على القلوي هو (hydroxyl (–OH، وعندما يتحد مع أيون الهيدرونيوم (hydronium ion (+H3O))، يتم تشكيل جزيئين من الماء: OH- + H3O+ → 2H2O .