الأحماض والقلويات موضعان متطرفان من نفس المقياس: يتم تحديد خصائصهما (معاكسة تمامًا) بنفس القيمة - تركيز أيونات الهيدروجين (H+). ومع ذلك ، فإن هذا الرقم في حد ذاته غير مريح للغاية: حتى في البيئات الحمضية ، حيث يكون تركيز أيونات الهيدروجين أعلى ، فإن هذا الرقم هو جزء من المئات ، وأجزاء من الألف من الوحدة. لذلك ، للتيسير عليهم ، يستخدمون اللوغاريتم العشري لهذه القيمة ، مضروبًا في ناقص واحد. من المعتاد أن نقول أن هذا هو الرقم الهيدروجيني (potentia Hydrogen) ، أو مؤشر الهيدروجين.
ظهور المفهوم
بشكل عام ، حقيقة أن البيئة الحمضية وبيئة قلوية يتم تحديدها من خلال تركيز أيونات الهيدروجين H + وأنه كلما زاد تركيزها ، زادت حمضية المحلول (والعكس صحيح ، انخفض H + التركيز ، كلما زادت قلوية البيئة وزاد تركيز أيونات OH المعاكسة -) ، معروفًا للعلم لفترة طويلة. ومع ذلك ، لم ينشر الكيميائي الدنماركي Sørensen حتى عام 1909 بحثًا استخدم فيه مفهوم مؤشر الهيدروجين - PH ، الذي تم استبداله لاحقًا بالرقم الهيدروجيني.
حساب الحموضة
عند حساب مؤشر الأس الهيدروجيني ، يُفترض أن جزيئات الماء في المحلول ، وإن كانت بكميات صغيرة جدًا ، لا تزال تنفصل إلى أيونات. يسمى هذا التفاعل التحلل الذاتي للماء:
H2O H++ OH-
التفاعل قابل للانعكاس ، لذلك يتم تحديد ثابت التوازن له (يوضح متوسط تركيزات كل مكون). ها هي قيمة الثابت للظروف القياسية - درجة الحرارة 22 درجة مئوية
أدناه بين قوسين مربعين - التركيزات المولية للمكونات المشار إليها. يبلغ التركيز المولي للماء في الماء حوالي 55 مول / لتر ، وهي قيمة من الدرجة الثانية. لذلك ، يكون ناتج تركيزات H+و OH-أيونات حوالي 10-14. تسمى هذه القيمة المنتج الأيوني للماء.
في الماء النقي ، تكون تركيزات أيونات الهيدروجين وأيونات الهيدروكسيد 10-7. وفقًا لذلك ، ستكون قيمة الأس الهيدروجيني للمياه تقريبًا 7. تؤخذ قيمة الأس الهيدروجيني هذه كبيئة محايدة.
بعد ذلك ، عليك أن تنظر بعيدًا عن الماء وتفكر في حل بعض الأحماض أو القلويات. خذ على سبيل المثال حمض الخليك. سيبقى المنتج الأيوني للماء كما هو ، لكن التوازن بين الأيونات H+و OH-سيتحول نحو السابق: أيونات الهيدروجين ستتحول تأتي من حمض الأسيتيك المنفصل جزئياً ، وأيونات الهيدروكسيد "الإضافية" ستذهب إلى جزيئات الماء غير المنفصلة. وبالتالي ، سيكون تركيز أيونات الهيدروجين أعلى وسيكون الرقم الهيدروجيني أقل (لا حاجةننسى أن اللوغاريتم يؤخذ بعلامة ناقص). وفقًا لذلك ، ترتبط الحمضية والقلوية بدرجة الحموضة. وهم متصلون بالطريقة التالية. كلما انخفضت قيمة الأس الهيدروجيني ، زادت حمضية البيئة.
خصائص حمضية
البيئات الحمضية عبارة عن حلول ذات درجة حموضة أقل من 7. وتجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من أن قيمة المنتج الأيوني للماء للوهلة الأولى تحد من قيم الأس الهيدروجيني في النطاق من 1 إلى 14 ، في الواقع ، توجد حلول برقم هيدروجيني أقل من واحد (وحتى أقل من صفر) وأكبر من 14. على سبيل المثال ، في المحاليل المركزة للأحماض القوية (الكبريتيك ، الهيدروكلوريك) يمكن أن يصل الرقم الهيدروجيني إلى -2.
قد تعتمد قابلية ذوبان بعض المواد على ما إذا كان لدينا بيئة حمضية أو بيئة قلوية. على سبيل المثال ، خذ هيدروكسيدات المعادن. يتم تحديد القابلية للذوبان من خلال قيمة منتج الذوبان ، والتي هي نفس بنية المنتج الأيوني للماء: تركيزات مضاعفة. في حالة الهيدروكسيد ، يشتمل منتج القابلية للذوبان على تركيز أيون الفلز وتركيز أيونات الهيدروكسيد. في حالة وجود فائض من أيونات الهيدروجين (في بيئة حمضية) ، فإنها سوف "تسحب" بشكل أكثر فعالية أيونات الهيدروكسيد من الراسب ، وبالتالي تحويل التوازن نحو الشكل المذاب ، مما يزيد من قابلية الذوبان في المادة المترسبة.
ومن الجدير بالذكر أيضًا أن الجهاز الهضمي البشري بأكمله يحتوي على بيئة حمضية: يتراوح الرقم الهيدروجيني لعصير المعدة من 1 إلى 2. الانحراف عن هذه القيم لأعلى أو لأسفل يمكن أن يكون علامة على أمراض مختلفة.
خصائص الوسط القلوي
بفي البيئة القلوية ، تأخذ قيمة الأس الهيدروجيني قيمًا أكبر من 7. للراحة ، في البيئات ذات التركيز العالي من أيونات الهيدروكسيد ، يتم استبدال مؤشر الأس الهيدروجيني للحموضة بمؤشر الأس الهيدروجيني الأساسي pOH. من السهل تخمين أنه يشير إلى قيمة مساوية لـ -lg [OH-] (اللوغاريتم العشري السالب لتركيز أيونات الهيدروكسيد). مباشرة من المنتج الأيوني للماء يتبع المساواة pH + pOH=14. لذلك فإن الرقم الهيدروجيني=14 - الرقم الهيدروجيني. وبالتالي ، بالنسبة لجميع العبارات الصحيحة لمؤشر الأس الهيدروجيني ، فإن العبارات المعاكسة صحيحة بالنسبة لمؤشر قاعدة الأس الهيدروجيني. إذا كان الرقم الهيدروجيني للوسط القلوي كبيرًا حسب التعريف ، فمن الواضح أن pOH صغير ، وكلما كان المحلول القلوي أقوى ، انخفضت قيمة pOH.
قدمت هذه الجملة للتو مفارقة منطقية تربك العديد من المناقشات حول الحموضة: انخفاض الحموضة يشير إلى حموضة عالية ، والعكس صحيح: قيم الأس الهيدروجيني العالية تتوافق مع انخفاض الحموضة. تظهر هذه المفارقة لأن اللوغاريتم يؤخذ بعلامة ناقص ، ومقياس الحموضة مقلوب كما كان.
تعريف عملي للحموضة
تستخدم ما يسمى بالمؤشرات لتحديد حموضة الوسط. عادة ما تكون هذه جزيئات عضوية معقدة نوعًا ما تغير لونها اعتمادًا على الرقم الهيدروجيني للوسط. يغير المؤشر لونه على مدى ضيق للغاية من نطاق الأس الهيدروجيني: يستخدم هذا في معايرة القاعدة الحمضية لتحقيق نتائج دقيقة: يتم إيقاف المعايرة بمجرد أن يتغير لون المؤشر.
أشهر المؤشرات هي الميثيلالبرتقالي (فترة انتقالية في المنطقة ذات الأس الهيدروجيني المنخفض) ، الفينول فثالين (فترة انتقالية في المنطقة ذات الرقم الهيدروجيني المرتفع) ، عباد الشمس ، الأزرق الثيمول وغيرها. في البيئات الحمضية والبيئات القلوية ، يتم استخدام مؤشرات مختلفة اعتمادًا على المنطقة التي يقع فيها الفاصل الزمني الانتقالي.
هناك أيضًا مؤشرات عالمية - تغير لونها تدريجيًا من الأحمر إلى الأرجواني الغامق عند الانتقال من البيئات شديدة الحموضة إلى البيئات شديدة القلوية. في الواقع ، المؤشرات العالمية هي مزيج من المؤشرات الشائعة
لتحديد الحموضة بشكل أكثر دقة ، يتم استخدام جهاز - مقياس الأس الهيدروجيني (مقياس الجهد ، الطريقة ، على التوالي ، تسمى قياس الجهد). يعتمد مبدأ التشغيل على قياس المجالات الكهرومغناطيسية في دائرة ، عنصرها عبارة عن محلول برقم هيدروجيني مُقاس. إن إمكانات القطب المغمور في محلول حساسة لتركيز أيونات الهيدروجين في المحلول - ومن هنا جاء التغيير في EMF ، والذي على أساسه يُحسب الرقم الهيدروجيني الحقيقي.
حموضة البيئات المختلفة في الحياة اليومية
مؤشر الحموضة له أهمية كبيرة في الحياة اليومية. على سبيل المثال ، تستخدم الأحماض الضعيفة - الخليك ، الماليك - كمواد حافظة. المحاليل القلوية عبارة عن منظفات ، بما في ذلك الصابون. أبسط صابون أملاح الصوديوم للأحماض الدهنية. في الماء ، ينفصلون: بقايا الأحماض الدهنية - طويلة جدًا - من ناحية لها شحنة سالبة ، ومن ناحية أخرى - سلسلة طويلة غير قطبية من ذرات الكربون. الذي - التينهاية الجزيء ، حيث تشارك الشحنة في الترطيب ، تجمع جزيئات الماء من حولها. يرتبط الطرف الآخر بأشياء أخرى غير قطبية ، مثل جزيئات الدهون. ونتيجة لذلك ، تتشكل المذيلات - كرات تبرز فيها "ذيول" بشحنة سالبة ، و "ذيول" وجزيئات من الدهون والأوساخ مخفية بالداخل. يتم غسل السطح من الشحوم والأوساخ نظرًا لأن المنظف يربط كل الشحوم والأوساخ بهذه المذيلات.
الحموضة و الصحة
لقد سبق ذكر أن الأس الهيدروجيني ذو أهمية كبيرة لجسم الإنسان. بالإضافة إلى الجهاز الهضمي ، من المهم التحكم في مؤشر الحموضة في أجزاء أخرى من الجسم: الدم واللعاب والجلد - البيئات الحمضية والقلوية لها أهمية كبيرة للعديد من العمليات البيولوجية. يسمح لك تعريفهم بتقييم حالة الجسم.
الآن تكتسب اختبارات الأس الهيدروجيني شعبية - ما يسمى بالاختبارات السريعة لفحص الحموضة. إنها شرائط عادية من ورق المؤشر العالمي.
