كيف تحدد تراكيز ايونات الهيدروجين

كتابة: ابتسام مهران آخر تحديث: 28 فبراير 2021 , 09:47

التأين الذاتي للماء

يمكن معرفة تركيز أيونات الهيدروجين في حالة إذا ما كان كان المحلول قاعديًا أم حمضيًا أو متعادلًا ، طبقًا لعدد من العلاقات التي 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

ولأن الماء النقي يعتبر موصلًا ضعيفًا للتيار الكهربي ، فإن ذلك يدل على ضعف تأينه، ومن ثم يكون تركيز ثابتًا ، ومن ثم يكون من الممكن دخول تركيزه في ثابت الاتزان للماء ، ومن الممكن التعبير عن ثابت اتزان الماء بالصورة التالية :

Kw = [OH -] [H3O +]

إذ أن Kw هو ثابت تأين الماء .

كيف تحدد تراكيز ايونات الهيدروجين

يمكن معرفة كم تركيز أيونات الهيدروجين بالماء النقي أو في أي محلول غيره ، مع التعرف على ما إذا كان هذا المحلول حمضيًا أم قاعديًا، وذلك عن طريق المعادلة التالية :

Kw = [OH -] [H +]

فلو كانت قيمة [H +] أعلى من قيمة [OH -] يعتبر المحلول حمضيًا ، في حين أنه لو كانت قيمة [OH -] أعلى من قيمة [H +] يعتبر المحلول متعادلًا ، ولو كانت قيمة [OH -] تتساوى مع قيمة [H +] فيعتبر المحلول متعادلًا .

ما هو الرقم الهيدروجيني PH

الرقم الهيدروجيني PH هو القيمة الرياضية التي تُحتسب عن طريق معادلة لوغاريتمية ، وهي المقياس والمؤشر على قاعدية المادة ، أو حمضيتها ، والمعادلة تحتسب القيمة السالبة الخاصة بلوغاريتم تركيز أيون الهيدرونيوم +H3O مثلما توضح المعادلة التالية :PH = -log [H3O +]

وتشير القيمة الموجودة داخل المربع إلى تركيز أيون الهيدرونيوم ووحدة قياسها المول/لتر ، حيث إن المول هو وحدة قياس كمية المادة ، وأيون الهيدرونيوم يشير إلى حموضة المادة ، وهذا عن طريق التعرف على قيمة الرقم الهيدروجيني ، إذ أن الأرقام التي تنخفض قيمتها عن 7 تشير إلى أن المادة حمضية ، مما يعني في لغة الكيمياء ، والرياضيات بأن تركيز أيون الهيدرونيوم مرتفع ، مما يشير إلى كون المادة حمضية .

في حين أن مقياس قاعدية المادة ، هو حينما تكون قيمة الرقم الهيدروجيني أعلى من 7 ، وهو ما يدل على أن تركيز أيون -OH هو الأعلى ، وهو ما يشير إلى أن المادة قاعدية .

ويمتلك الماء صفة التعادل بين القاعدية والحموضة ، إذ أن الرقم 7 وهو قيمة الرقم الهيدروجيني PH للماء يشير إلى تعادل الماء ، وبصفة خاصة 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 .

وعلى الرغم من ذلك نجد أن في معظم مشاكل الكيمياء لا نقوم باستخدام نشاط أيون الهيدروجين ، ولكن يتم استخدام التركيز المولي أو المولارية ، حيث يعتمد نشاط الأيونات على تركيز الأيونات .

يعتبر معامل النشاط هو عبارة عن دالة لتركيز الأيونات ، ويقترب من 1 ليصبح محلول مخفف بشكل كبير ، ونحتاج إلى الرقم لاستخدامه كمقياس من أجل تحديد حموضة أو قاعدية محلول مائي .[1]

كيفية حساب الرقم الهيدروجيني PH

للتعرف على كيفية حساب الرقم الهيدروجيني PH هناك 3 وسائل :

  • عن طريق الفلتمتر : وتقوم على إضافة محلول منظم إلى داخل كرة زجاجية غشائية ، وبعد ذلك غمسها في المحلول المطلوب قياسه ، وبسبب نزوع أيونات الهيدروجين إلى الالتصاق بالطبقة الرقيقة من السيليكات لسطح الزجاج ، فسوف يتكون جهد كهربي نظرًا لوجود فرق بين داخل الكرة الزجاجية وخارجها ، ويتم قياس القوة الكهربية الدافعة عن طريق استعمال قطبين مرجعيين ، واحد منهما داخل الكرة الزجاجية ، والآخر خارجه بمحلول العينة المطلوب حساب الرقم الهيدروجيني الخاص بها .
  • مقحل حقلي حساس : تتماثل طريقة عمل المقحل مع طريقة عمل الكرة الزجاجية ، إذ تتجمع أيونات الهيدروجين فوق السطح الحساس الخاص بغشاء المدخل للمقحل ، فينتج عنه جهد كهربي ، وهو ما يتسبب في تغيير مرور التيار الكهربي في الترانسيستور ، ويمكن أن يؤدي ذلك التغيير إلى وجود إشارة كهربية من خلال استعمال جهاز ملائم ، ويقدم قيمة الرقم الهيدروجيني بشكل مباشر .
  • كاشف لوني : من الممكن التعرف على الرقم الهيدروجيني PH ، من خلال استعمال أسلوب مقارنة اللون عن طريق استخدام الكواشف الملونة .

حول الرقم الهيدروجيني

  • يعتبر أول من أدخل أس أيون الهيدروجين في قياس قيمة الرقم الهيدروجيني ، هو العالم الدنماركي سورين سورينسن ، وكان هذا في سنة 1909 ، إذ أنه كان يحاول التوصل إلى درجة القاعدية ، والحامضية باستعمال قياسات كهربية .
  • يشير الرقم الهيدروجيني أيضًا إلى قدر أيونات الهيدروجين الموجودة في السائل .

العوامل المؤثرة على الرقم الهيدروجيني

يتوقف الرقم الهيدروجيني على الكثير من العوامل التي تؤثر على درجة حامضيته أو قاعديته ، إذ أنها عبارة عن عوامل ربما يكون من شأنها أن تبدل حالة السائل من قاعدي إلى حمضي ، أو النقيض ، ولعل أهم العوامل المؤثرة على على الرقم الهيدروجيني ما يلي :

  • كثافة السائل .
  • درجة الحرارة .
  • النشاط الإشعاعي .
  • المذاق والرائحة .
  • التوصيل الكهربي .
  • تغير اللون .
  • المواد الصلبة .
  • الكدرة .[2]

فوائد الرقم الهيدروجيني

  • يعد السائل الحمضي من أبرز العوامل التي تسهم في عملية الحمل والولادة .
  • يعمل الجسد على إفراز سوائل حمضية ، مثل العرق والبول ، ولهذا يجب استعمال مواد قاعدية ، مثل الصابون في تنظيف الجسم .
  • ارتفاع نسبة الحامضية في الجسم تشير إلى زيادة التهاب الخلايا في الجسم .
  • زيادة نسبة الحتمضية في الدم تشير إلى نقص الأكسجين .[1]
زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق