تعريف الأس الهيدروجيني pH
يتم تعريف الأس الهيدروجيني على أنه اللوغاريتم السالب لتركيز أيون H+. ومن هنا فإن معنى اسم pH مبرر على أنه قوة الهيدروجين.
نعلم أن جميع الأحماض والقواعد لا تتفاعل مع نفس المركب الكيميائي بنفس المعدل. يتفاعل البعض بقوة شديدة ، بينما يتفاعل البعض بشكل معتدل بينما لا يظهر الآخرون أي تفاعل. لتحديد قوة الأحماض والقواعد من الناحية الكمية ، نستخدم مؤشرًا عالميًا يظهر ألوانًا مختلفة بتركيز مختلف من أيون الهيدروجين في المحلول. بشكل عام ، تُستخدم قيمة الأس الهيدروجيني للأحماض والقواعد لتحديد قوتها كميًا.
مقياس الرقم الهيدروجيني ph
مقياس الأس الهيدروجيني هو أداة لقياس الأحماض والقواعد. يتراوح المقياس من 0 إلى 14: ورق عباد الشمس هو مؤشر يستخدم لمعرفة ما إذا كانت المادة عبارة عن حمض أم قاعدة. يتطابق لون الورق مع الأرقام الموجودة على مقياس الأس الهيدروجيني للإشارة إلى نوع المادة التي يتم اختبارها. على سبيل المثال ، الخل حمض ويقيس 2.4 على مقياس الأس الهيدروجيني.
يلعب توازن الأس الهيدروجيني الصحي دورًا مهمًا في صحتك العامة ، وعادة ما يتفق الأطباء والعلماء على ذلك. يتم تحديد مستوى الأس الهيدروجيني ، أو المستوى المحتمل للهيدروجين ، في جسمك من خلال الطعام ونوع الشراب الذي تتناوله. الأس الهيدروجيني هو تركيز أيونات الهيدروجين. يعتمد هذا الحساب على مقياس من 0 إلى 14.
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 ، الأس الهيدروجيني هو سلبي نشاط أيون H+ من لوغاريتمات القاعدة 10.
يمكن تتبع مقياس الأس الهيدروجيني إلى سلسلة من الحلول القياسية التي يتم تحديد الأس الهيدروجيني لها بموجب اتفاقية دولية. من خلال حساب فرق الجهد بين قطب الهيدروجين والقطب القياسي مثل قطب كلوريد الفضة ، يتم حساب القيم القياسية للأس الهيدروجيني باستخدام خلية تركيز مع تحويل.
يمكن استخدام قطب كهربائي زجاجي ومقياس الأس الهيدروجيني أو مؤشر تغيير اللون لقياس الأس الهيدروجيني للمحاليل المائية.
اختصار الأس الهيدروجيني pH
يمكن اعتبار الأس الهيدروجيني اختصارًا لقوة الهيدروجين - أو بشكل كامل تركيز أيون الهيدروجين في السائل.
التعريف الرياضي للرقم الهيدروجيني أقل حدسيًا ولكنه أكثر فائدة بشكل عام. تنص على أن الأس الهيدروجيني يساوي القيمة اللوغاريتمية السالبة لتركيز أيون الهيدروجين (H +)
pH = -log [H+]
قيمة الأس الهيدروجيني لمصدر المياه هي دالة على حموضته أو قلويته. مستوى الأس الهيدروجيني هو دالة لنشاط ذرة الهيدروجين ، حيث أن نشاط الهيدروجين هو مؤشر معقول لحموضة الماء أو قلويته. كما هو موضح أدناه ، يتراوح مقياس الأس الهيدروجيني من 0 إلى 14 عندما يكون 7.0 محايدًا. يقال أن الماء ذو الرقم الهيدروجيني المنخفض حمضي وأن الماء الذي يحتوي على درجة حموضة عالية يعتبر قاعديًا أو قلويًا. يجب أن تحتوي المياه النقية على درجة حموضة 7.0 ، ولكن بسبب الملوثات في الماء ، يبدو أن إمدادات المياه وهطول الأمطار حمضية قليلاً.
في ضوء المقياس المحدد ، فإن الأس الهيدروجيني هو قيمة محددة ، مثل درجة الحرارة. هذا يعني أن الأس الهيدروجيني للماء ليس معلمة فيزيائية يمكن قياسها إما على أنها ثابتة أو بكمية. بدلاً من ذلك ، إنه رقم قريب من 0 و 14 يميز مدى حمضية أو قاعدية جسم من الماء في مقياس لوغاريتمي. كلما كانت الكمية أصغر ، زادت حمضية الماء. كلما ارتفعت القائمة ، كلما كانت أساسية.
لماذا يغير مصدر المياه درجة الحموضة؟
عادةً ما تكون قيمة الأس الهيدروجيني للمياه السطحية من 6.5 إلى 8.5 ويبدو أن درجة الحموضة في المياه الجوفية تتراوح من 6.0 إلى 8.5. يمكن أن يختلف الأس الهيدروجيني لمصدر المياه بشكل طبيعي. يمكن لبعض أنواع الصخور والتربة ، مثل الحجر الجيري ، تحييد الأحماض بشكل أكثر فعالية من أنواع الصخور والتربة الأخرى ، مثل الجرانيت.
أو عندما تنمو أعداد كبيرة من النباتات في بحيرة أو نهر ، عندما تموت وتتحلل ، فإنها تطلق ثاني أكسيد الكربون. ينتج حمض الكربونيك الضعيف عندما يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الماء ؛ هذا يمكن أن يتسبب بعد ذلك في انخفاض درجة الحموضة في الجسم المائي.
الأس الهيدروجيني للأحماض والقواعد
يتراوح الأس الهيدروجيني لمحلول ما من 0 إلى 14.
تسمى الحلول التي لها قيمة pH تتراوح من 0 إلى 7 على مقياس الأس الهيدروجيني على أنها حمضية وقيمة الأس الهيدروجيني التي تتراوح من 7 إلى 14 على مقياس الأس الهيدروجيني تُعرف بالحلول الأساسية.
تُعرف الحلول التي لها قيمة pH تساوي 7 على مقياس الأس الهيدروجيني باسم الحلول المحايدة.
من المعروف أن المحاليل التي لها قيمة pH تساوي 0 هي محاليل حمضية بقوة. علاوة على ذلك ، تنخفض الحموضة مع زيادة قيمة الأس الهيدروجيني من 0 إلى 7 في حين أن الحلول التي تساوي قيمة الأس الهيدروجيني 14 تسمى الحلول الأساسية بقوة.
تقل الأساسيات مع انخفاض قيمة الأس الهيدروجيني من 14 إلى 7. تعتمد قوة الأحماض والقواعد على عدد أيونات H+ و OH المنتجة. من المعروف أن الأحماض التي تنتج عددًا أكبر من أيوناتH+ هي أحماض قوية والعكس صحيح.
تختلف درجة تأين الأحماض والقواعد باختلاف الأحماض والقواعد. يساعد في تحديد قوة الأحماض والقواعد. تعتمد قوة الحمض على تركيز أيون الهيدرونيوم (H3O +) أيضًا. بمساعدة المقارنة بين تركيز أيون الهيدرونيوم وأيون الهيدروكسيل ، يمكننا التمييز بين الأحماض والقواعد.
بالنسبة للمحلول الحمضي: [H3O+] > [OH–]
للحل المحايد: [H3O+] = [OH–]
- للحل الأساسي: [H3O+] < [OH–]
حدود مقياس الأس الهيدروجيني
لا تعطينا قيمة الأس الهيدروجيني للحل فكرة فورية عن القوة النسبية للحل.
الأس الهيدروجيني هو صفر لمحلول 1N من حمض قوي.
الأس الهيدروجيني سالب لتركيزات 2N ، 3N ، ION من الأحماض القوية.
في التركيزات الأعلى ، بدلاً من درجة الحموضة ، يتم استخدام وظائف حموضة هاميت.
مقياس درجة الحموضة pH
يتم التعبير عن تركيز أيون الهيدرونيوم بشكل ملائم على مقياس لوغاريتمي. يُعرف هذا المقياس بمقياس الأس الهيدروجيني. يُعرَّف الأس الهيدروجيني للأحماض والقواعد بأنه اللوغاريتم السالب (مع القاعدة 10) لنشاط أيون الهيدروجين (H+).
كيف تحسب الأس الهيدروجيني؟
النشاط ليس له وحدات ويتم تعريفه من حيث تركيز H + أيون ،
ومن ثم ، يتم إعطاء الأس الهيدروجيني للمركب على النحو التالي ،
pH = -log
مثال
وبالتالي ، فإن الأس الهيدروجيني لمحلول حمضي من HNO3 (10–3 M) = 3 ، وهو محلول أساسي من KOH الذي له [OH–] =10–4M و [H3O+] =10–10 سيكون له درجة حموضة pH = 10 من الأحماض بشكل عام أقل من 7 بينما بالنسبة للقواعد أكبر من 7. عند 298 كلفن ، المنتج الأيوني للمياه ، يمكن إعطاء Kw على النحو التالي:
Kw = [H3O+] [OH–] = 10–14
بأخذ اللوغاريتم السالب لـ RHS و LHS ، نستنتج
–log Kw = – log ([H3O+] [OH–])= – log 10–14
=>pKw= – log [H3O+] – log [OH–] = 14
=>pKw = pH + pOH = 14
تتحكم قيمة pKw في التركيزات النسبية لأيونات الهيدروجين والهيدروكسيل لأن منتجها ثابت دائمًا. يمكن حساب الأس الهيدروجيني للأحماض والقواعد تقريبًا بمساعدة مقياس الأس الهيدروجيني بينما نستخدم مقاييس الأس الهيدروجيني للقيم الدقيقة.
قيمة الأس الهيدروجيني وطبيعة المحلول
إذا كانت [H+] أقل من 10-7 ، فإن الأس الهيدروجيني أقل من 7 ويكون المحلول حامضيًا.
إذا كانت [H+] يساوي 10-7 ، يكون الأس الهيدروجيني 7 ويكون المحلول متعادلًا.
إذا كانت [H+] أكبر من 10-7 ، فإن الأس الهيدروجينى أكبر من 7 ويكون الحل قاعدي.
أهمية الأس الهيدروجيني
فقط نطاق ضيق من تغير الأس الهيدروجيني يمكن أن يحافظ عليه كائن حي ، وأي تغيير إضافي في الرقم الهيدروجيني يمكن أن يجعل الحياة صعبة. على سبيل المثال: في حالة المطر الحمضي ، يكون الأس الهيدروجيني للمياه أقل من 7. بينما يتدفق في النهر ، فإنه يقلل من الأس الهيدروجيني لمياه النهر مما يجعل بقاء الحياة المائية أمرًا صعبًا.
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 أحيانًا درجة الحموضة في فمنا عن طريق إنتاج الأحماض من خلال تحلل جسيمات الطعام. ومن ثم ، يُطلب منا تنظيف أفواهنا بمعجون الأسنان (وهو أساسي بشكل عام) لمنع تسوسها عن طريق الحفاظ على الأس الهيدروجيني.
نشعر بالكثير من الألم في حالة لسعة النحل حيث تقوم النحلة بحقن حمض الميثانويك من خلال لدغتها. ومن ثم ، فإننا ننصح عمومًا بتطبيق صودا الخبز أو أي قواعد معتدلة أخرى على السطح لأنها تساعد في الحفاظ على الأس الهيدروجيني للسطح.
نقاط يجب تذكرها على مقياس الأس الهيدروجيني
لا يعتمد الأس الهيدروجيني لحمض أو قاعدة قوية على درجة الحرارة.
ينخفض الأس الهيدروجيني للحمض الضعيف مع زيادة درجة الحرارة بسبب زيادة التأين.
يزداد الأس الهيدروجيني للقاعدة الضعيفة مع زيادة درجة الحرارة بسبب زيادة التأين أو تركيز أيون [OH-].
الأسئلة الشائعة حول الاس الهيدروجيني
ما هو مقياس الأس الهيدروجيني في الكيمياء؟
الأس الهيدروجيني هو مقياس لتركيز أيونات الهيدروجين ، الحموضة أو القلوية في المحلول. عادة ما يكون مقياس الأس الهيدروجيني بين 0 و 14. المحاليل المائية عند 25 درجة مئوية مع درجة حموضة أقل من 7 هي المحاليل الحمضية والقاعدية أو القلوية هي المحاليل ذات الأس الهيدروجيني أكبر من 7.
ما هو أفضل درجة حموضة لجسم الإنسان؟
بالنسبة للدم وأنسجة الجسم ، يكون الأس الهيدروجيني الأمثل حوالي 7.2. (سيظهر استخدام شرائط اختبار اللعاب والبول مستوى أقل بكثير من الأس الهيدروجيني بسبب البروتين الموجود في المحلول. يجب أن تكون اختبارات لعاب الجسم والبول الصحي حوالي 6.6 إلى 6.8.) الحماض هو حالة من الحموضة الزائدة في الدم وأنسجة الجسم.
ما هو شكل الأس الهيدروجيني الكامل؟
PH لتقف على إمكانات الهيدروجين. يشير إلى تركيز أيونات الهيدروجين في محلول. هذا هو مؤشر حموضة المحلول أو قلويته. تتراوح قيمة الأس الهيدروجيني على مقياس الأس الهيدروجيني من 0 إلى 14.
هل درجة حموضة الماء مهمة؟
الرقم الهيدروجيني هو دالة لمحتوى الماء الحمضي / الأساسي. الماء الذي يحتوي على المزيد من أيونات الهيدروجين يكون حامضيًا والماء الذي يحتوي على المزيد من أيونات الهيدروكسيل الحرة أمر أساسي. نظرًا لأن الأس الهيدروجيني في الماء يمكن تغييره بواسطة المواد الكيميائية ، فإن الأس الهيدروجيني هو مؤشر مهم للمياه التي تتغير كيميائيًا.
ماذا يحدث إذا كان الرقم الهيدروجيني مرتفعًا جدًا؟
تؤدي زيادة القلوية إلى ارتفاع مستويات الأس الهيدروجيني. عندما تكون مستويات الحمض عالية جدًا في الدم ، يُطلق عليها اسم الحماض. وهذا ما يسمى القلاء عندما يكون الدم قلويًا جدًا. ترجع مشكلة الرئتين إلى الحماض التنفسي والقلاء.
ما الذي يسبب ارتفاع درجة الحموضة في الماء؟
سبب عدم توازن الأس الهيدروجيني هو التربة أو الصخر الأساسي أو أي تكوين أساسي آخر يأتي منه مصدر المياه. المياه القلوية العالية هي نتيجة المناطق الصخرية التي تحتوي على الكثير من الجيرية. يحتوي على مركبات من الكربونات والبيكربونات والهيدروكسيد التي تذوب وتنتقل مع الماء ، مما يزيد من درجة الحموضة.
ما هو الأس الهيدروجيني للدم؟
تتراوح درجة حموضة البشر النموذجية من 7.35 إلى 7.45. هذا يعني أن الدم بالطبع قلوي جدًا أو طبيعي. على النقيض من ذلك ، فإن حمض معدتك يحتوي على درجة حموضة تتراوح من 1.5 إلى 3.5. هذا يجعلها حامضية.
من اكتشف الرقم الهيدروجيني؟
منذ 100 عام بالضبط ، طور مدير الكيمياء في Carlsberg ، Søren Sørensen ، أداة تشخيصية حيوية لقياس الحموضة ، مما يساعد على اكتشاف اضطرابات الجهاز الهضمي والجهاز التنفسي والتمثيل الغذائي. كان اختراع Sørensen هو مقياس الأس الهيدروجيني.