ما هو الرقم الهيدروجيني للاحماض

الرقم الهيدروجيني للأحماض

يمكن اعتبار الأس الهيدروجيني هو عبارة عن اختصار لقوة الهيدروجين، أو هو تركيز أيون الهيدروجين في سائل معين، والتعريف الرياضي للرقم الهيدروجيني أقل دقة ولكنه أكثر فائدة، وينص على أن الرقم الهيدروجيني يساوي القيمة السالبة اللوغاريتمية لتركيز أيون الهيدروجين

(


H


+)

.

الرقم الهيدروجيني=

[-log [H+

ويمكن قياس مدى حمضية أو قلوية مادة ما (الرقم الهيدروجيني للمادة) باستخدام مقياس الأس الهيدروجيني، وهو مقياس يمتد من 0 إلى 14، وتكون معظم قيم الأس الهيدروجيني الشائعة بين 0 و 14، وهو ما

يميز الأس الهيدروجيني في الأحماض عن القلويات

حيث يختلف الرقم الهيدروجيني كما يلي:

• 
  الرقم الهيدروجيني للأحماض أقل من 7.
  
• الرقم الهيدروجيني للقلويات لها أكثر من 7.
• والرقم الهيدروجيني للماء والمحاليل المتعادلة يساوي 7. [1]

تعري


ف


الرقم الهيدروجيني


PH

يتم تعريف الأس الهيدروجيني على أنه اللوغاريتم السالب لتركيز أيون الهيدروجين

(H


+)

، ومن هنا فإن معنى اسم

pH

يدل على أنه قوة الهيدروجين في المحلول، ولتحديد قوة تركيز الأحماض وتركيز القواعد كميًا، نقوم باستخدام مؤشر معين عالمي يسمى “الأس الهيدروجيني” يظهر التركيز على شكل ألوان مختلفة نكشف عنها بورقة عباد الشمس بالتركيزات المختلفة من أيون الهيدروجين في المحلول.

قيمة الرقم الهيدروجيني للمحلول هي دالة على حموضته أو قلويته، ويتراوح مقياس الأس الهيدروجيني من 0 إلى 14 عندما يكون 7 متعادل، ويقال أن الماء ذو ​​الرقم الهيدروجيني المنخفض حمضي وأن الماء ذو الرقم الهيدروجيني العالي يعتبر قاعديًا أو قلويًا، كما يجب أن يحتوي الماء النقي على درجة حموضة تبلغ 7، ولكن بسبب الملوثات المختلفة في الماء يكون في الغالب حمضيًا.

وتلعب درجة الحرارة دورًا مهمًا في قياسات الأس الهيدروجيني؛ حيث مع زيادة درجة الحرارة، تزداد درجة تفكك الماء، وبالتالي ينفصل الماء ليعطي المزيد من الهيدروجين

[H+]

، وبالتالي ينخفض ​​الرقم الهيدروجيني، كما أن مع ارتفاع درجة الحرارة، تزداد قدرة الماء على التأين وزيادة الإهتزازات الجزيئية وتكوين أيونات الهيدروجين بشكل أكبر، ونتيجة لذلك سينخفض ​​الرقم الهيدروجيني. [2]

قوانين الرقم الهيدروجيني

يلعب توازن الرقم الهيدروجيني للمحلول دورًا هامًا في صحتك بشكل عام، ويتم تحديد الرقم الهيدروجيني أو نسبة الهيدروجين في جسمك من خلال نسبته في الغذاء والشراب الذي تتناوله، والرقم الهيدروجيني هو تركيز أيونات الهيدروجين.

ويمكن تحديد قوانين الرقم الهيدروجيني ورجوعه إلى سلسلة من المحاليل القياسية ذات التركيزات المعلومة من الهيدروجين التي يتم تحديد الرقم الهيدروجيني لها بموجب اتفاق عالمي، يتم ذلك عن طريق حساب فرق الجهد بين قطبي الهيدروجين والقطب القياسي مثل قطب كلوريد الفضة المعلوم التركيز، ويتم أيضًا حساب القيم القياسية للرقم الهيدروجيني باستخدام خلية تركيز مع التحويل.

كما يمكن استخدام قطب كهربائي زجاجي ومقياس الأس الهيدروجيني أو مؤشر تغيير اللون لقياس الرقم الهيدروجيني للمحاليل المائية عن طريق الكشف عنها بورقة عباد الشمس، حيث يتراوح الرقم الهيدروجيني لمحلول ما من 0 إلى 14؛ وتسمى المحاليل التي لها قيمة pH تتراوح من 0 إلى 7 على مقياس الرقم الهيدروجيني بأنها حمضية، وقيمة الرقم الهيدروجيني التي تتراوح من 7 إلى 14 على مقياس الأس الهيدروجيني تُعرف بالمحاليل القاعدية، كما تُعرف الحلول التي لها قيمة pH تساوي 7 على مقياس الأس الهيدروجيني باسم المحاليل المتعادلة.

والجدير بالذكر أن في المحاليل الحامضية كلما قل الرقم الهيدروجيني عن 7 كلما زادت درجة الحامضية؛ حيث أن المحلول ذو الرقم الهيدروجيني 1 يكون أكبر حامضية من المحلول ذو الرقم الهيدروجيني 6، وكذلك في المحاليل القاعدية؛ كلما زاد الرقم الهيدروجيني عن 7 زادت درجة القاعدية للمحلول.

ويساعد في تحديد قوة الأحماض والقواعد تركيز أيون الهيدرونيوم

(


H3O


+)

أيضًا بمساعدة أيون الهيدروكسيل

(+


OH)

، وعند المقارنة بين تركيز أيون الهيدرونيوم وأيون الهيدروكسيل يمكننا التمييز بين الأحماض والقواعد.

• بالنسبة للمحلول الحمضي: [H3O+]> [OH]
• المحلول المتعادل: [H3O+] = [OH]
• المحلول القاعدي : [H3O+] <[OH]. [2]

أهمية الرقم الهيدروجيني

الرقم الهيدروجيني هو كمية مهمة تعكس الظروف الكيميائية للمحلول؛ حيث يمكن أن يتحكم الأس الهيدروجيني في توفر العناصر الغذائية والوظائف البيولوجية والنشاط الجرثومي وسلوك المواد الكيميائية. لهذا السبب، فإن مراقبة أو التحكم في درجة الحموضة والقاعدية في التربة والمياه والأطعمة أو المشروبات مهمة لعدة تطبيقات

، ومن أهم هذه التطبيقات التي تعتمد على الرقم الهيدروجيني ما يلي:

• 
  الزراعة
  

التربة هي نظام معقد يتضمن العديد من العوامل المختلفة التي تتأثر بدرجة حموضة التربة، مثل النشاط الجرثومي، ونمو الفطريات، وتوافر العناصر الغذائية، ونمو الجذور؛ وفي ظل الظروف الحمضية، تصبح العديد من المعادن في التربة قابلة للذوبان، مطلقةً معادن سامة مثل الألمنيوم، وتصبح بعض العناصر الغذائية مثل: الفوسفور والموليبدينوم، أقل توفرًا عند قيم الأس الهيدروجيني المنخفضة، بينما في ظل الظروف القلوية  يمكن أن تصبح التربة ناقصة في العناصر الغذائية مثل: الزنك والنحاس والحديد والمنغنيز والبورون والفوسفور.

عندما يكون الرقم الهيدروجيني للتربة خارج النسبة المرغوب فيها، يمكن تغيير الرقم الهيدروجيني عن طريق إضافة مادة حمضية (الكبريت) أو مادة قاعدية (الجير) إلى التربة، ولتصحيح الأس الهيدروجيني للتربة الحمضية عن طريق الجير، يجب إجراء تحليل الحموضة القابلة للتبديل بحيث يمكن حساب الكمية المطلوبة من الجير.

• 
  تربية الأسماك والأحياء المائية
  

يمكن أن تكون المياه التي تحتوي على درجة حموضة منخفضة جدًا أو عالية جدًا ضارة بالأسماك والحياة المائية الأخرى؛ حيث عند انخفاض درجة الحموضة، يمكن أن تدخل المعادن السامة مثل الألمنيوم إلى الماء بتركيزات أكبر، وتصبح بعض المواد الكيميائية الحاملة للنيتروجين أكثر سمية، ويمكن أن تصبح عمليات التمثيل الغذائي للأسماك أقل كفاءة، كما يمكن أن يمنع الماء الذي يحتوي على درجة حموضة أقل من 5 التكاثر أو يؤدي إلى الموت، وتكون الأسماك الصغيرة والكائنات المائية الأخرى أكثر عرضة للإصابة.

• 
  معالجة المياه
  

يجب أن يكون الرقم الهيدروجيني لمياه الشرب بين 6.5 و 8.5، ويمكن لمياه الشرب منخفضة الأس الهيدروجيني أن تتحلل من الأنابيب، مما يتسبب في وجود معادن سامة مثل النحاس وتؤدي إلى الارتشاح في إمدادات المياه، بينما الماء الذي يحتوي على درجة حموضة عالية جدًا له طعم مزعج، كما أن فعالية المطهرات مثل الكلور تنخفض.

وفي معالجة مياه الصرف الصحي يتم التحكم في الرقم الهيدروجيني بحيث تستمر التفاعلات الكيميائية أو الميكروبية المرغوبة بأكبر قدر ممكن من الكفاءة، حيث يقوم المشغلون بمراقبة درجة الحموضة وضبطها بعناية للاستجابة للظروف الكيميائية أو الميكروبيولوجية المتغيرة.

• 
  صيانة حمامات السباحة
  

تتراوح قيم الأس الهيدروجيني لأحواض السباحة عادةً من 7.2 إلى 7.8، وإذا كان الرقم الهيدروجيني مرتفع ، فإن فعالية مطهر الكلور تصبح منخفضة، مما يجعل حمام السباحة عرضة لنمو الطحالب ويمنعها من قتل الفيروسات والبكتيريا بشكل فعال، أما إذا كان الرقم الهيدروجيني منخفض، يصبح الماء مهيجًا للعينين والأنف، وقد يتسبب في تآكل الأسطح المعدنية.

• 
  الصناعات الغذائية
  

في صناعة الأغذية، يتم قياس الأس الهيدروجيني لاختبار الجودة، والتحكم في النشاط الميكروبي، والتحكم في الطعم والخصائص الأخرى، وإطالة العمر الافتراضي للأغذية؛ على سبيل المثال في الحليب، يتم اختبار الأس الهيدروجيني للتحقق من وجود شوائب أو عدوى، ويحدد الرقم الهيدروجيني ما إذا كان الجبن سيكون طريًا أم صلبًا، كما يستخدم الرقم الهيدروجيني للطعام أيضًا لمراقبة جودته؛ حيث يمكن أن يشير الرقم الهيدروجيني المرتفع جدًا إلى تلف اللحوم. [3]