حموضة البيئة. مفهوم الحل الرقم الهيدروجيني. قياس الرقم الهيدروجيني - إخراج قيمة الرقم الهيدروجيني

قيمه الحامضيه, الرقم الهيدروجيني(خط العرض. صأوندوس هيدروجيني- "وزن الهيدروجين" ، واضح "بيه") هو مقياس لنشاط (في المحاليل المخففة للغاية المكافئة للتركيز) لأيونات الهيدروجين في المحلول، والذي يعبر كميًا عن حموضته. يساوي في الحجم ومعاكسًا في الإشارة للوغاريتم العشري لنشاط أيونات الهيدروجين، والذي يتم التعبير عنه بالمول لكل لتر:

تاريخ قيمة الرقم الهيدروجيني.

مفهوم قيمه الحامضيهقدمه الكيميائي الدنماركي سورنسن في عام 1909. يسمى المؤشر الرقم الهيدروجيني (حسب الحروف الأولى من الكلمات اللاتينية الهيدروجينية المحتملة- قوة الهيدروجين أو هيدروجيني البركة- وزن الهيدروجين). في الكيمياء عن طريق الجمع بكسلعادة ما تشير إلى كمية تساوي سجل X، والحرف حفي هذه الحالة، تشير إلى تركيز أيونات الهيدروجين ( ح+) أو بالأحرى النشاط الديناميكي الحراري لأيونات الهيدرونيوم.

المعادلات المتعلقة بالرقم الهيدروجيني ودرجة الحموضة.

عرض قيمة الرقم الهيدروجيني.

في الماء النقي عند 25 درجة مئوية تركيز أيونات الهيدروجين ([ ح+]) وأيونات الهيدروكسيد ([ أوه− ]) متطابقة وتساوي 10 −7 مول/لتر، وهذا يتبع بوضوح تعريف المنتج الأيوني للماء، يساوي [ ح+] · [ أوه− ] ويساوي 10 −14 مول²/لتر² (عند 25 درجة مئوية).

إذا كان تركيز نوعين من الأيونات في المحلول هو نفسه، يقال أن المحلول له تفاعل محايد. عند إضافة حمض إلى الماء، يزداد تركيز أيونات الهيدروجين، ويقل تركيز أيونات الهيدروكسيد، وعند إضافة قاعدة، على العكس من ذلك، يزيد محتوى أيونات الهيدروكسيد، ويقل تركيز أيونات الهيدروجين. متى [ ح+] > [أوه- ] يقال أن المحلول يتبين أنه حمضي، وعندما [ أوه − ] > [ح+] - قلوية.

لتسهيل التخيل، وللتخلص من الأس السالب، بدلاً من تركيزات أيونات الهيدروجين، استخدم اللوغاريتم العشري الخاص بها، والذي يؤخذ بالعلامة المعاكسة، وهو أس الهيدروجين - الرقم الهيدروجيني.

مؤشر على قاعدية الحل pOH.

والعكس أقل شعبية قليلاً الرقم الهيدروجينيمقاس - مؤشر أساس الحل, الرقم الهيدروجينيوهو يساوي اللوغاريتم العشري (السالب) لتركيز الأيونات في المحلول أوه − :

كما هو الحال في أي محلول مائي عند درجة حرارة 25 درجة مئوية، مما يعني عند درجة الحرارة هذه:

قيم الرقم الهيدروجيني في المحاليل ذات الحموضة المتفاوتة.

• خلافا للاعتقاد الشائع، الرقم الهيدروجينييمكن أن تختلف إلى ما هو أبعد من النطاق 0 - 14، ويمكن أن تتجاوز هذه الحدود أيضًا. على سبيل المثال، عند تركيز أيونات الهيدروجين [ ح+] = 10 −15 مول/لتر، الرقم الهيدروجيني= 15، عند تركيز أيون الهيدروكسيد 10 مول/لتر الرقم الهيدروجيني = −1 .

لأن عند 25 درجة مئوية (الظروف القياسية) [ ح+] [أوه − ] = 10 −14 فمن الواضح أنه في مثل هذه درجة الحرارة الرقم الهيدروجيني + الرقم الهيدروجيني = 14.

لأن في المحاليل الحمضية[ ح+] > 10 −7 ، وهو ما يعني ذلك بالنسبة للمحاليل الحمضية الرقم الهيدروجيني < 7, соответственно, у щелочных растворов الرقم الهيدروجيني > 7 , الرقم الهيدروجينيالمحاليل المحايدة تساوي 7. عند ارتفاع درجات الحرارة، يزداد ثابت التفكك الإلكتروليتي للماء، مما يعني أن المنتج الأيوني للماء يزداد، ثم يصبح متعادلًا. الرقم الهيدروجيني= 7 (وهو ما يتوافق مع زيادة التركيزات في نفس الوقت ح+، لذا أوه-)؛ مع انخفاض درجة الحرارة، على العكس من ذلك، محايدة الرقم الهيدروجينييزيد.

طرق تحديد قيمة الرقم الهيدروجيني.

هناك عدة طرق لتحديد القيمة الرقم الهيدروجينيحلول. يتم تقدير مؤشر الهيدروجين تقريبًا باستخدام المؤشرات، ويتم قياسه بدقة باستخدام الرقم الهيدروجيني-متر أو يتم تحديده تحليليا عن طريق إجراء معايرة الحمض القاعدي.

1. للحصول على تقدير تقريبي لتركيز أيون الهيدروجين، غالبا ما يستخدم المؤشرات الحمضية القاعدية- المواد الصبغية العضوية التي يعتمد لونها على الرقم الهيدروجينيبيئة. المؤشرات الأكثر شيوعًا: عباد الشمس، الفينول فثالين، ميثيل برتقالي (برتقالي ميثيل)، إلخ. يمكن أن تكون المؤشرات في شكلين مختلفين الألوان - إما حمضية أو أساسية. يتغير لون جميع المؤشرات ضمن نطاق الحموضة الخاص به، وغالبًا ما يكون 1-2 وحدة.
2. لزيادة الفاصل الزمني لقياس العمل الرقم الهيدروجينييتقدم مؤشر عالميوهو مزيج من عدة مؤشرات. يتغير لون المؤشر العالمي بشكل تسلسلي من الأحمر إلى الأصفر والأخضر والأزرق إلى البنفسجي عند الانتقال من منطقة حمضية إلى منطقة قلوية. تعريفات الرقم الهيدروجينياستخدام طريقة المؤشر صعب بالنسبة للحلول الغائمة أو الملونة.
3. باستخدام جهاز خاص - الرقم الهيدروجيني-متر - يجعل من الممكن القياس الرقم الهيدروجينيعلى نطاق أوسع وأكثر دقة (يصل إلى 0.01 وحدة الرقم الهيدروجيني) من استخدام المؤشرات. طريقة التحديد الأيونومترية الرقم الهيدروجيني يعتمد على قياس القوة الدافعة الكهربية لدائرة كلفانية باستخدام مقياس الأيونات بالميلي فولتميتر، والذي يتضمن قطبًا زجاجيًا، تعتمد إمكاناته على تركيز الأيونات ح+في الحل المحيط. الطريقة دقيقة للغاية ومريحة، خاصة بعد معايرة قطب المؤشر في النطاق المحدد الرقم الهيدروجيني، مما يجعل من الممكن القياس الرقم الهيدروجينيحلول مبهمة وملونة، وبالتالي يتم استخدامها في كثير من الأحيان.
4. الطريقة الحجمية التحليلية — معايرة الحمض القاعدي— كما يعطي نتائج دقيقة لتحديد حموضة المحاليل. يضاف محلول ذو تركيز معروف (معاير) قطرة قطرة إلى المحلول الذي يتم اختباره. عندما يتم خلطها، يحدث تفاعل كيميائي. يتم تسجيل نقطة التكافؤ - وهي اللحظة التي يتوفر فيها محلول معاير كافٍ تمامًا لإكمال التفاعل - باستخدام مؤشر. وبعد ذلك، إذا عرف تركيز وحجم محلول المعاير المضاف، يتم تحديد حموضة المحلول.
5. الرقم الهيدروجيني:

0.001 مول/لتر حمض الهيدروكلوريكعند 20 درجة مئوية لديها الرقم الهيدروجيني = 3، عند 30 درجة مئوية الرقم الهيدروجيني = 3،

0.001 مول/لتر هيدروكسيد الصوديومعند 20 درجة مئوية لديها الرقم الهيدروجيني = 11.73، عند 30 درجة مئوية الرقم الهيدروجيني = 10.83،

تأثير درجة الحرارة على القيم الرقم الهيدروجينييفسر بتفكك أيونات الهيدروجين المختلفة (H +) وليس خطأ تجريبيا. لا يمكن تعويض تأثير درجة الحرارة إلكترونيا الرقم الهيدروجيني-متر.

دور الرقم الهيدروجيني في الكيمياء والبيولوجيا.

تعتبر حموضة البيئة مهمة لمعظم العمليات الكيميائية، وغالباً ما يعتمد احتمال حدوث أو نتيجة تفاعل معين على الرقم الهيدروجينيبيئة. للحفاظ على قيمة معينة الرقم الهيدروجينيفي نظام التفاعل، عند إجراء البحوث المخبرية أو في الإنتاج، يتم استخدام المحاليل العازلة التي تسمح بالحفاظ على قيمة ثابتة تقريبًا الرقم الهيدروجينيعند تخفيفه أو عند إضافة كميات صغيرة من الأحماض أو القلويات إلى المحلول.

قيمه الحامضيه الرقم الهيدروجينيغالبًا ما يستخدم لوصف الخصائص الحمضية القاعدية للوسائط البيولوجية المختلفة.

بالنسبة للتفاعلات الكيميائية الحيوية، فإن حموضة وسط التفاعل التي تحدث في الأنظمة الحية لها أهمية كبيرة. غالبًا ما يؤثر تركيز أيونات الهيدروجين في المحلول على الخواص الفيزيائية والكيميائية والنشاط البيولوجي للبروتينات والأحماض النووية، لذلك، من أجل الأداء الطبيعي للجسم، يعد الحفاظ على التوازن الحمضي القاعدي مهمة ذات أهمية استثنائية. الصيانة الديناميكية الأمثل الرقم الهيدروجينييتم الحصول على السوائل البيولوجية تحت تأثير الأنظمة العازلة في الجسم.

في جسم الإنسان، تختلف قيمة الرقم الهيدروجيني باختلاف الأعضاء.

يتذكر:

تفاعل التعادل هو تفاعل بين حمض وقاعدة ينتج عنه ملح وماء؛

بالماء النقي يفهم الكيميائيون الماء النقي كيميائيا الذي لا يحتوي على أي شوائب أو أملاح ذائبة، أي الماء المقطر.

حموضة البيئة

بالنسبة للعمليات الكيميائية والصناعية والبيولوجية المختلفة، هناك خاصية مهمة جدًا وهي حموضة المحاليل، والتي تميز محتوى الأحماض أو القلويات في المحاليل. نظرًا لأن الأحماض والقلويات عبارة عن إلكتروليتات، فإن محتوى أيونات H+ أو OH- يُستخدم لوصف حموضة الوسط.

في الماء النقي وفي أي محلول، إلى جانب جزيئات المواد المذابة، توجد أيضًا أيونات H+ وOH-. يحدث هذا بسبب تفكك الماء نفسه. وعلى الرغم من أننا نعتبر الماء مادة غير إلكتروليتية، فإنه مع ذلك يمكن أن يتفكك: H 2 O ^ H+ + OH - . لكن هذه العملية تحدث بدرجة صغيرة جدًا: في لتر واحد من الماء يتحلل أيون واحد فقط إلى أيونات. 10 -7 مول جزيئات.

في المحاليل الحمضية، نتيجة تفككها، تظهر أيونات H+ إضافية. في مثل هذه المحاليل، يوجد عدد أكبر بكثير من أيونات H+ مقارنة بأيونات OH - أيونات تتشكل أثناء تفكك طفيف للماء، لذلك تسمى هذه المحاليل حمضية (الشكل 11.1، اليسار). يقال عادة أن مثل هذه المحاليل لها بيئة حمضية. كلما زادت نسبة أيونات H+ في المحلول، زاد حمضية الوسط.

في المحاليل القلوية، نتيجة للتفكك، على العكس من ذلك، OH - الأيونات هي السائدة، والكاتيونات H + غائبة تقريبًا بسبب تفكك الماء الضئيل. بيئة هذه المحاليل قلوية (الشكل 11.1، على اليمين). كلما زاد تركيز أيونات OH، زادت قلوية بيئة المحلول.

في محلول ملح الطعام، يكون عدد أيونات H+ وOH هو نفسه ويساوي 1. 10-7 مول في 1 لتر من المحلول. تسمى هذه الوسيلة محايدة (الشكل 11.1، المركز). في الواقع، هذا يعني أن المحلول لا يحتوي على حمض ولا قلوي. تتميز البيئة المحايدة بمحاليل بعض الأملاح (التي تتكون من القلويات والأحماض القوية) والعديد من المواد العضوية. تتمتع المياه النقية أيضًا ببيئة محايدة.

قيمه الحامضيه

إذا قارنا طعم الكفير وعصير الليمون، فيمكننا أن نقول بأمان أن عصير الليمون أكثر حمضية بكثير، أي أن حموضة هذه المحاليل مختلفة. أنت تعلم بالفعل أن الماء النقي يحتوي أيضًا على أيونات H+، ولكن لا يمكنك الشعور بالطعم الحامض للمياه. ويرجع ذلك إلى التركيز المنخفض جدًا لأيونات H+. في كثير من الأحيان لا يكفي القول بأن الوسط حمضي أو قلوي، ولكن من الضروري وصفه كميا.

تتميز حموضة البيئة كميًا بمؤشر الهيدروجين pH (يُنطق "p-ash")، المرتبط بالتركيز

أيونات الهيدروجين. تتوافق قيمة الرقم الهيدروجيني مع محتوى معين من كاتيونات الهيدروجين في 1 لتر من المحلول. تحتوي المياه النقية والمحاليل المحايدة على 1 لتر في 1 لتر. 10 7 مول من أيونات H+، وقيمة الرقم الهيدروجيني هي 7. في المحاليل الحمضية، يكون تركيز كاتيونات H+ أكبر منه في الماء النقي، وفي المحاليل القلوية أقل. وفقًا لهذا، تتغير قيمة الرقم الهيدروجيني: في البيئة الحمضية تتراوح من 0 إلى 7، وفي البيئة القلوية من 7 إلى 14. اقترح الكيميائي الدنماركي بيدير سورنسن لأول مرة استخدام قيمة الرقم الهيدروجيني.

ربما لاحظت أن قيمة الرقم الهيدروجيني مرتبطة بتركيز أيونات H+. يرتبط تحديد الرقم الهيدروجيني ارتباطًا مباشرًا بحساب لوغاريتم الرقم الذي ستدرسه في دروس الرياضيات للصف الحادي عشر. لكن العلاقة بين محتوى الأيونات في المحلول وقيمة الرقم الهيدروجيني يمكن تتبعها وفق المخطط التالي:

تتراوح قيمة الرقم الهيدروجيني للمحاليل المائية لمعظم المواد والمحاليل الطبيعية من 1 إلى 13 (الشكل 11.2).

أرز. 11.2. قيمة الرقم الهيدروجيني لمختلف المحاليل الطبيعية والاصطناعية

سورين بيدير لوريتس سورنسن

عالم كيمياء فيزيائية وكيميائية حيوية دنماركي، ورئيس الجمعية الملكية الدنماركية. تخرج من جامعة كوبنهاغن. في سن الحادية والثلاثين أصبح أستاذاً في معهد البوليتكنيك الدنماركي. ترأس المختبر الفيزيائي الكيميائي المرموق في مصنع الجعة كارلسبرغ في كوبنهاغن، حيث حقق اكتشافاته العلمية الرئيسية. كان نشاطه العلمي الرئيسي مكرسًا لنظرية المحاليل: فقد قدم مفهوم قيمة الرقم الهيدروجيني ودرس اعتماد نشاط الإنزيم على حموضة المحاليل. نظرًا لإنجازاته العلمية، تم إدراج سورينسن في قائمة "100 كيميائي بارز في القرن العشرين"، ولكن في تاريخ العلم ظل في المقام الأول باعتباره العالم الذي قدم مفاهيم "الأس الهيدروجيني" و"قياس الأس الهيدروجيني".

تحديد الحموضة المتوسطة

لتحديد حموضة الحل في المختبرات، غالبا ما يستخدم مؤشر عالمي (الشكل 11.3). من خلال لونه، يمكنك تحديد ليس فقط وجود الحمض أو القلويات، ولكن أيضًا قيمة الرقم الهيدروجيني للحل بدقة 0.5. لقياس الرقم الهيدروجيني بشكل أكثر دقة، هناك أجهزة خاصة - أجهزة قياس الرقم الهيدروجيني (الشكل 11.4). إنها تسمح لك بتحديد الرقم الهيدروجيني للمحلول بدقة 0.001-0.01.

باستخدام المؤشرات أو أجهزة قياس الأس الهيدروجيني، يمكنك مراقبة كيفية تقدم التفاعلات الكيميائية. على سبيل المثال، إذا تمت إضافة حمض الكلوريد إلى محلول هيدروكسيد الصوديوم، سيحدث تفاعل المعادلة:

أرز. 11.3. يحدد المؤشر العالمي قيمة الرقم الهيدروجيني التقريبية

أرز. 11.4. لقياس الرقم الهيدروجيني للحلول، يتم استخدام أجهزة خاصة - متر الرقم الهيدروجيني: أ - مختبر (ثابت)؛ ب - محمول

في هذه الحالة، حلول الكواشف ومنتجات التفاعل عديمة اللون. إذا تم وضع قطب كهربائي لقياس الرقم الهيدروجيني في المحلول القلوي الأولي، فيمكن الحكم على المعادلة الكاملة للقلويات بواسطة الحمض من خلال قيمة الرقم الهيدروجيني للمحلول الناتج.

تطبيق مؤشر الرقم الهيدروجيني

تحديد حموضة المحاليل له أهمية عملية كبيرة في العديد من مجالات العلوم والصناعة وغيرها من مجالات حياة الإنسان.

يقوم علماء البيئة بانتظام بقياس الرقم الهيدروجيني لمياه الأمطار والأنهار والبحيرات. قد تكون الزيادة الحادة في حموضة المياه الطبيعية نتيجة لتلوث الغلاف الجوي أو دخول النفايات الصناعية إلى المسطحات المائية (الشكل 11.5). تستلزم مثل هذه التغييرات موت النباتات والأسماك وغيرهم من سكان المسطحات المائية.

يعد مؤشر الهيدروجين مهمًا جدًا لدراسة ومراقبة العمليات التي تحدث في الكائنات الحية، حيث تحدث العديد من التفاعلات الكيميائية في الخلايا. في التشخيص السريري، يتم تحديد الرقم الهيدروجيني لبلازما الدم والبول وعصير المعدة وما إلى ذلك (الشكل 11.6). تتراوح درجة الحموضة الطبيعية للدم بين 7.35 و7.45. حتى التغيير الطفيف في درجة حموضة دم الإنسان يسبب مرضًا خطيرًا، وعند درجة حموضة = 7.1 وأقل، تبدأ تغييرات لا رجعة فيها يمكن أن تؤدي إلى الوفاة.

تعد حموضة التربة أمرًا مهمًا بالنسبة لمعظم النباتات، لذلك يقوم المهندسون الزراعيون بإجراء تحليلات للتربة مسبقًا، وتحديد الرقم الهيدروجيني (الشكل 11.7). إذا كانت الحموضة مرتفعة جدًا بالنسبة لمحصول معين، يتم تكسير التربة بإضافة الطباشير أو الجير.

في صناعة المواد الغذائية، يتم استخدام المؤشرات الحمضية والقاعدية للتحكم في جودة المنتجات الغذائية (الشكل 11.8). على سبيل المثال، الرقم الهيدروجيني الطبيعي للحليب هو 6.8. يشير الانحراف عن هذه القيمة إما إلى وجود شوائب أجنبية أو توترها.

أرز. 11.5. تأثير مستوى الرقم الهيدروجيني للمياه في الخزانات على النشاط الحيوي للنباتات فيها

تعتبر قيمة الرقم الهيدروجيني لمستحضرات التجميل التي نستخدمها في الحياة اليومية مهمة. متوسط ​​درجة الحموضة لجلد الإنسان هو 5.5. إذا لامس الجلد منتجات تختلف حموضتها بشكل كبير عن هذه القيمة، فسيؤدي ذلك إلى شيخوخة الجلد المبكرة أو تلفه أو التهابه. ولوحظ أن المغاسل التي استخدمت صابون الغسيل العادي (الرقم الهيدروجيني = 8-10) أو صودا الغسيل (Na 2 CO 3، الرقم الهيدروجيني = 12-13) لفترة طويلة للغسيل، أصبح جلد أيديها جافًا جدًا ومغطى بالدهون. الشقوق. لذلك، من المهم جدًا استخدام مستحضرات التجميل المتنوعة (المواد الهلامية والكريمات والشامبو وغيرها) ذات درجة حموضة قريبة من درجة الحموضة الطبيعية للبشرة.

التجارب المعملية رقم 1-3

المعدات: رف مع أنابيب الاختبار، ماصة.

الكواشف: الماء، حمض الكلوريد، محاليل NaCl، NaOH، خل المائدة، مؤشر عالمي (محلول أو ورق مؤشر)، منتجات غذائية ومستحضرات تجميل (مثل الليمون والشامبو ومعجون الأسنان ومسحوق الغسيل والمشروبات الغازية والعصائر وغيرها.) .

لوائح السلامة:

للتجارب، استخدم كميات صغيرة من الكواشف؛

احرص على عدم وصول الكواشف إلى جلدك أو عينيك؛ إذا دخلت مادة كاوية، اغسلها بالكثير من الماء.

تحديد أيونات الهيدروجين وأيونات الهيدروكسيد في المحاليل. تحديد قيمة الرقم الهيدروجيني التقريبية للمياه والمحاليل القلوية والحمضية

1. صب 1-2 مل في خمسة أنابيب اختبار: في أنبوب الاختبار رقم 1 - الماء، رقم 2 - حمض الكلوريد، رقم 3 - محلول كلوريد الصوديوم، رقم 4 - محلول هيدروكسيد الصوديوم ورقم 5 - خل المائدة .

2. أضف 2-3 قطرات من محلول المؤشر العالمي إلى كل أنبوب اختبار أو اخفض ورقة المؤشر. تحديد الرقم الهيدروجيني للحلول من خلال مقارنة لون المؤشر على مقياس قياسي. استنتج استنتاجات حول وجود كاتيونات الهيدروجين أو أيونات الهيدروكسيد في كل أنبوب اختبار. اكتب معادلات تفكك هذه المركبات.

دراسة الرقم الهيدروجيني للمنتجات الغذائية ومستحضرات التجميل

اختبار عينات من المنتجات الغذائية ومستحضرات التجميل بمؤشر عالمي. لدراسة المواد الجافة، على سبيل المثال، مسحوق الغسيل، يجب إذابتها في كمية صغيرة من الماء (1 ملعقة من المادة الجافة لكل 0.5-1 مل من الماء). تحديد الرقم الهيدروجيني للحلول. استخلاص استنتاجات حول حموضة البيئة في كل من المنتجات المدروسة.

الفكرة الرئيسية

أسئلة التحكم

130. ما وجود الأيونات في المحلول يحدد حموضته؟

131. ما هي الأيونات الموجودة بكثرة في المحاليل الحمضية؟ في القلوية؟

132. ما هو المؤشر الذي يصف كميا حموضة الحلول؟

133. ما هي قيمة الرقم الهيدروجيني ومحتوى أيونات H+ في المحاليل: أ) محايدة؛ ب) حمضية ضعيفة. ج) قلوية قليلا. د) حمضية قوية. د) قلوية للغاية؟

مهام لإتقان المواد

134. المحلول المائي لمادة معينة يحتوي على وسط قلوي. أي الأيونات أكثر وجودا في هذا المحلول: H+ أم OH -؟

135. يحتوي أنبوبان اختبار على محاليل حمض النترات ونترات البوتاسيوم. ما المؤشرات التي يمكن استخدامها لتحديد أنبوب الاختبار الذي يحتوي على محلول ملحي؟

136. تحتوي ثلاثة أنابيب اختبار على محاليل هيدروكسيد الباريوم وحمض النترات ونترات الكالسيوم. كيفية التعرف على هذه الحلول باستخدام كاشف واحد؟

137. من القائمة أعلاه، اكتب بشكل منفصل صيغ المواد التي تحتوي حلولها على وسيلة: أ) حمضية؛ ب) القلوية. ج) محايدة. كلوريد الصوديوم، حمض الهيدروكلوريك، هيدروكسيد الصوديوم، HNO 3، H 3 PO 4، H 2 SO 4، Ba(OH) 2، H 2 S، KNO 3.

138. درجة حموضة مياه الأمطار = 5.6. ماذا يعني هذا؟ ما هي المادة الموجودة في الهواء والتي تحدد حموضة البيئة عند ذوبانها في الماء؟

139. ما هو نوع البيئة (الحمضية أو القلوية): أ) في محلول الشامبو (الرقم الهيدروجيني = 5.5)؛

ب) في دم الشخص السليم (الرقم الهيدروجيني = 7.4)؛ ج) في عصير المعدة البشري (الرقم الهيدروجيني = 1.5)؛ د) في اللعاب (الرقم الهيدروجيني = 7.0)؟

140. يحتوي الفحم المستخدم في محطات الطاقة الحرارية على مركبات النيتروجين والكبريت. يؤدي إطلاق منتجات احتراق الفحم في الغلاف الجوي إلى تكوين ما يسمى بالمطر الحمضي الذي يحتوي على كميات صغيرة من أحماض النترات أو الكبريتيت. ما هي قيم الرقم الهيدروجيني النموذجية لمياه الأمطار هذه: أكثر من 7 أو أقل من 7؟

141. هل يعتمد الرقم الهيدروجيني لمحلول حمض قوي على تركيزه؟ برر جوابك.

142. تمت إضافة محلول الفينول فثالين إلى محلول يحتوي على 1 جزيء جرامي من هيدروكسيد البوتاسيوم. هل يتغير لون هذا المحلول إذا أضيف إليه حمض الكلوريد بكمية المادة: أ) 0.5 مول؛ ب) 1 مول؛

ج) 1.5 مول؟

143. تحتوي ثلاثة أنابيب اختبار غير مُعلَّمة على محاليل عديمة اللون من كبريتات الصوديوم وهيدروكسيد الصوديوم وحمض الكبريتات. تم قياس قيمة الرقم الهيدروجيني لجميع المحاليل: في أنبوب الاختبار الأول - 2.3، في الثاني - 12.6، في الثالث - 6.9. ما هو أنبوب الاختبار الذي يحتوي على المادة؟

144. اشترى الطالب الماء المقطر من الصيدلية. أظهر مقياس الرقم الهيدروجيني أن قيمة الرقم الهيدروجيني لهذه المياه كانت 6.0. ثم قام الطالب بغلي هذا الماء لفترة طويلة، ثم ملأ الوعاء إلى الأعلى بالماء الساخن وأغلق الغطاء. عندما يبرد الماء إلى درجة حرارة الغرفة، اكتشف مقياس الأس الهيدروجيني قيمة 7.0. بعد ذلك، مرر الطالب الهواء عبر الماء باستخدام القشة، وأظهر مقياس الأس الهيدروجيني مرة أخرى 6.0. كيف يمكن تفسير نتائج قياسات الرقم الهيدروجيني هذه؟

145. لماذا تعتقد أن زجاجتين من الخل من نفس الشركة المصنعة قد تحتويان على محاليل ذات قيم pH مختلفة قليلاً؟

هذه هي مادة الكتاب المدرسي

الماء إلكتروليت ضعيف. فإنه ينفصل بشكل ضعيف وفقا للمعادلة

عند 25 درجة مئوية، يتحلل 10-7 مول H2O إلى أيونات في 1 لتر من الماء. سيكون تركيز أيونات H+ وOH- (بالمول/لتر) مساويًا لـ

الماء النقي لديه رد فعل محايد. وعند إضافة الحمض إليه يزداد تركيز أيونات H+ أي. > 10-7 مول/لتر؛ يتناقص تركيز أيونات OH-، أي. أقل من 10-7 مول/لتر. عند إضافة القلويات، يزيد تركيز أيونات OH: > 10-7 مول/لتر، وبالتالي أقل من 10-7 مول/لتر.

في الممارسة العملية، للتعبير عن حموضة أو قلوية المحلول، بدلا من التركيز، يتم استخدام اللوغاريتم العشري السلبي، وهو ما يسمى قيمة الرقم الهيدروجيني:

في الماء المحايد، الرقم الهيدروجيني = 7. وترد في الجدول قيم الرقم الهيدروجيني والتركيزات المقابلة من الأيونات H+ وOH-. 4.

حلول عازلة

يتم تنفيذ العديد من التفاعلات التحليلية عند قيمة pH محددة بدقة، والتي يجب الحفاظ عليها طوال فترة التفاعل. خلال بعض التفاعلات، قد يتغير الرقم الهيدروجيني نتيجة لارتباط أو إطلاق أيونات H+. للحفاظ على قيمة الرقم الهيدروجيني ثابتة، يتم استخدام المحاليل المنظمة.

غالبًا ما تكون المحاليل المنظمة عبارة عن مخاليط من الأحماض الضعيفة مع أملاح هذه الأحماض أو مخاليط من القواعد الضعيفة مع أملاح نفس القواعد. على سبيل المثال، إذا تمت إضافة كمية معينة من حمض قوي مثل حمض الهيدروكلوريك إلى محلول منظم خلات يتكون من حمض الأسيتيك CH3COOH وخلات الصوديوم CH3COONa، فإنه سوف يتفاعل مع أيونات الأسيتات لتكوين CH3COOH المنفصلة قليلاً:

وبالتالي فإن أيونات H+ المضافة إلى المحلول لن تبقى حرة، بل ستكون مرتبطة بأيونات CH3COO-، وبالتالي فإن الرقم الهيدروجيني للمحلول لن يتغير كثيرًا. عند إضافة محلول قلوي إلى محلول منظم خلات، فإن أيونات OH- سوف ترتبط بجزيئات غير منفصلة من حمض الأسيتيك CH3COOH:

وبالتالي، فإن الرقم الهيدروجيني للحل في هذه الحالة سيبقى أيضا دون تغيير تقريبا.

تحتفظ الحلول العازلة بتأثير التخزين المؤقت الخاص بها حتى حد معين، أي. لديهم قدرة عازلة معينة. إذا كان هناك أيونات H+ أو OH- في المحلول أكثر مما تسمح به سعة المخزن المؤقت للمحلول، فإن الرقم الهيدروجيني سيتغير بشكل ملحوظ، كما هو الحال في المحلول غير المخزن.

عادةً، تحدد إجراءات الفحص المحلول المنظم الذي يجب استخدامه لفحص معين وكيفية تحضيره. يتم إنتاج مخاليط عازلة ذات قيم pH دقيقة في أمبولات لتحضير محلول سعة 500 مل.

الرقم الهيدروجيني = 1.00.المكونات: 0.084 جم جلايكول (حمض أمينوسيتيك NH2CH2COOH)، 0.066 جم كلوريد الصوديوم NaCl و2.228 جم حمض الهيدروكلوريك HCl.

الرقم الهيدروجيني = 2.00.التركيب: 3.215 جم حامض الستريك C6H8O7-H2O، 1.224 جم هيدروكسيد الصوديوم NaOH و1.265 جم حمض الهيدروكلوريك HCl.

الرقم الهيدروجيني = 3.00.التركيب: 4.235 جم حامض الستريك C6H8O7-H2O، 1.612 جم هيدروكسيد الصوديوم NaOH و1.088 جم حمض الهيدروكلوريك HCl.

الرقم الهيدروجيني = 4.00.التركيب: 5.884 جم حامض الستريك C6H8O7-H2O، 2.240 جم هيدروكسيد الصوديوم NaOH و0.802 جم حمض الهيدروكلوريك HCl.

الرقم الهيدروجيني = 5.00.التركيب: 10.128 جم حامض الستريك C6H8O7-H2O و3.920 جم هيدروكسيد الصوديوم NaOH.

الرقم الهيدروجيني = 6.00.التركيب: 6.263 جم حامض الستريك C6H8O7-H2O و3.160 جم ​​هيدروكسيد الصوديوم NaOH.

الرقم الهيدروجيني = 7.00.التركيب: 1.761 جم من فوسفات هيدروجين البوتاسيوم KH2PO4 و 3.6325 جم من فوسفات هيدروجين الصوديوم Na2HPO4-2H2O.

الرقم الهيدروجيني = 8.00.التركيب: 3.464 جم من حمض البوريك H3BO3، 1.117 جم من هيدروكسيد الصوديوم NaOH و0.805 جم من حمض الهيدروكلوريك HCl.

الرقم الهيدروجيني = 9.00.التركيب: 1.546 جم من حمض البوريك H3BO3، 1.864 جم من كلوريد البوتاسيوم، KCl و0.426 جم من هيدروكسيد الصوديوم NaOH.

الرقم الهيدروجيني = 10.00.التركيب: 1.546 جم من حمض البوريك H3BO3، 1.864 جم من كلوريد البوتاسيوم KCl و0.878 جم من هيدروكسيد الصوديوم NaOH.

الرقم الهيدروجيني = 11.00.التركيب: 2.225 جم من فوسفات هيدروجين الصوديوم Na2HPO4-2H2O و0.068 جم من هيدروكسيد الصوديوم NaOH.

الرقم الهيدروجيني = 12.00.التركيب: 2.225 جم من فوسفات هيدروجين الصوديوم Na2HPO4-2H2O و0.446 جم من هيدروكسيد الصوديوم NaOH.

الرقم الهيدروجيني = 13.00.التركيب: 1.864 جم من كلوريد البوتاسيوم KCl و0.942 جم من هيدروكسيد الصوديوم NaOH.

تصل الانحرافات عن قيمة الرقم الهيدروجيني الاسمي إلى ± 0.02 للحلول عند الرقم الهيدروجيني من 1 إلى 10 و ± 0.05 عند الرقم الهيدروجيني من 11 إلى 13. هذه الدقة كافية تمامًا للعمل العملي.

لإعداد أجهزة قياس الأس الهيدروجيني، يتم استخدام المحاليل المنظمة القياسية ذات قيم الأس الهيدروجيني الدقيقة.

1. محلول خلات منظم مع الرقم الهيدروجيني = 4.62: 6.005 جم من حمض الأسيتيك CH3COOH و 8.204 جم من خلات الصوديوم CH3COONa في 1 لتر من المحلول.

2. محلول الفوسفات المنظم مع الرقم الهيدروجيني = 6.88: 4.450 جم من فوسفات هيدروجين الصوديوم Na2HPO4-2H2O و 3.400 جم من فوسفات هيدروجين البوتاسيوم KH2PO4 في 1 لتر من المحلول.

3. محلول بورات المنظم مع الرقم الهيدروجيني = 9.22: 3.81 جم من رباعي بورات الصوديوم Na2B4O7-10H2O في 1 لتر من المحلول.

4. محلول الفوسفات المنظم مع الرقم الهيدروجيني = 11.00: 4.450 جم من فوسفات هيدروجين الصوديوم Na2HPO4-2H2O و0.136 جم من هيدروكسيد الصوديوم NaOH في 1 لتر من المحلول.

لإعداد المحاليل العازلة للتحليل الكيميائي الزراعي والكيميائي الحيوي بقيم الأس الهيدروجيني من 1.1 إلى 12.9 بفاصل 0.1، يتم استخدام 7 محاليل مخزون أساسية.

الحل 1.قم بإذابة 11.866 جم من فوسفات هيدروجين الصوديوم Na2HPO4-2H2O في الماء وخففه في دورق حجمي بالماء إلى 1 لتر (تركيز المحلول 1/15 م).

الحل 2.قم بإذابة 9.073 فوسفات هيدروجين البوتاسيوم KH2PO4 في 1 لتر من الماء في دورق حجمي (التركيز 1/15 م).

الحل 3.قم بإذابة 7.507 جم من جلايكول (حمض أمينوسيتيك) NH2CH2COOH و5.84 جم من كلوريد الصوديوم NaCl في 1 لتر من الماء في دورق حجمي. من هذا الحل عن طريق الخلط مع 0.1 ن. يتم تحضير المحاليل المنظمة ذات الرقم الهيدروجيني من 1.1 إلى 3.5 بمحلول حمض الهيدروكلوريك؛ خلط مع 0.1 ن. يستخدم محلول NaOH لتحضير المحاليل ذات الرقم الهيدروجيني من 8.6 إلى 12.9.

الحل 4.قم بإذابة 21.014 جم من حامض الستريك C6H8O7-H2O في الماء، وأضف 200 مل من 1 N إلى المحلول. محلول NaOH وتمييعه إلى 1 لتر من الماء في دورق حجمي. بخلط هذا المحلول مع 0.1 N. يتم تحضير المحاليل المنظمة ذات الرقم الهيدروجيني من 1.1 إلى 4.9 باستخدام محلول حمض الهيدروكلوريك؛ خلط مع 0.1 ن. يتم تحضير المحاليل المنظمة ذات الرقم الهيدروجيني من 5.0 إلى 6.6 باستخدام محلول NaOH.

الحل 5.قم بإذابة 12.367 جم من حمض البوريك H3BO3 في الماء، وأضف 100 مل من 1 N. محلول NaOH وتمييعه بالماء إلى 1 لتر في دورق حجمي. بخلط هذا المحلول مع 0.1 N. يتم تحضير المحاليل المنظمة ذات الرقم الهيدروجيني من 7.8 إلى 8.9 باستخدام محلول حمض الهيدروكلوريك؛ خلط مع 0.1 ن. يتم تحضير المحاليل المنظمة ذات الرقم الهيدروجيني من 9.3 إلى 11.0 باستخدام محلول NaOH.

الحل 6.تحضير بالضبط 0.1 ن. محلول حمض الهيدروكلوريك؛

الحل 7.تحضير بالضبط 0.1 ن. محلول هيدروكسيد الصوديوم؛ لتحضير المحلول، يتم غلي الماء المقطر لمدة ساعتين لإزالة ثاني أكسيد الكربون. أثناء التخزين، يتم حماية المحلول من دخول ثاني أكسيد الكربون من الهواء بواسطة أنبوب كلوريد الكالسيوم.

في بعض المحاليل، يتطور العفن أثناء التخزين؛ ولمنع ذلك، أضف بضع قطرات من الثيمول إلى المحلول كمادة حافظة. لإعداد محلول منظم لدرجة الحموضة المطلوبة، قم بخلط المحاليل المشار إليها بنسبة معينة (الجدول 5). يتم قياس الحجم باستخدام سحاحة بسعة 100.0 مل. يتم إعطاء جميع قيم الرقم الهيدروجيني للمحاليل المنظمة في الجدول عند درجة حرارة 20 درجة مئوية.

تستخدم الكواشف الكيميائية لإعداد المحاليل الأولية. يتم تبلور فوسفات هيدروجين الصوديوم Na2HPO4-2H2O مرتين مسبقًا. أثناء إعادة البلورة الثانية، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة المحلول 90 درجة مئوية. يتم ترطيب المستحضر الناتج قليلاً وتجفيفه في منظم حرارة عند 36 درجة مئوية لمدة يومين. يتم أيضًا إعادة بلورة فوسفات هيدروجين البوتاسيوم KH2PO4 مرتين وتجفيفه عند درجة حرارة 110-120 درجة مئوية. تتم إعادة بلورة كلوريد الصوديوم NaCl مرتين وتجفيفه عند درجة حرارة 120 درجة مئوية. يتم إعادة بلورة حمض الستريك C6H8O7-H2O مرتين. أثناء عملية إعادة التبلور الثانية، يجب ألا تزيد درجة حرارة المحلول عن 60 درجة مئوية. تتم إعادة بلورة حمض البوريك H3BO3 مرتين من الماء المغلي وتجفيفه عند درجة حرارة لا تزيد عن 80 درجة مئوية.

تتأثر قيمة الرقم الهيدروجيني بدرجة حرارة المحلول المنظم. في الجدول يوضح الشكل 6 انحرافات الرقم الهيدروجيني اعتمادًا على درجة حرارة المحاليل المنظمة القياسية.

لإنشاء درجة حموضة معينة في المحلول الذي تم تحليله أثناء المعايرة المعقدة، يتم استخدام المحاليل المنظمة للتركيبة التالية.

الرقم الهيدروجيني = 1.حمض الهيدروكلوريك، 0.1 ن. حل.

الرقم الهيدروجيني = 2.خليط من جليكول NH2-CH2-COOH وملح حمض الهيدروكلوريك NH2-CH2-COOH-HCl. يضاف الجليكول الصلب (0.2-0.3 جم) إلى 100 مل من محلول ملح حمض الهيدروكلوريك.

الرقم الهيدروجيني = 4-6.5.خليط خلات 1 ن. محلول خلات الصوديوم و 1 ن. محلول حمض الخليك. يتم خلط الحلول قبل الاستخدام بكميات متساوية.

الرقم الهيدروجيني = 5.خليط من محلول 27.22 جم من خلات الصوديوم البلورية و 60 مل من 1 N. يتم تخفيف محلول حمض الهيدروكلوريك إلى 1 لتر من الماء.

الرقم الهيدروجيني = 5.5.خليط خلات. قم بإذابة 540 جم من خلات الصوديوم في الماء وخففه إلى 1 لتر. أضف إلى المحلول الناتج 500 مل من 1 ن. محلول حمض الخليك.

الرقم الهيدروجيني = 6.5-8.ثلاثي إيثانولامين وملح حمض الهيدروكلوريك. مزيج 1 M حل ثلاثي إيثانولامين N (C2H4OH)3 ومحلول 1 M من حمض الهيدروكلوريك بكميات متساوية قبل الاستخدام.

الرقم الهيدروجيني = 8.5-9.0.خليط خلات الأمونيا. أضف 300 مل من حمض الأسيتيك الجليدي إلى 500 مل من الأمونيا المركزة وخففها بالماء إلى 1 لتر.

الرقم الهيدروجيني = 9.خليط البورات. امزج 100 مل من محلول حمض البوريك 0.3 م مع 45 مل من 0.5 ن. محلول الصودا الكاوية.

الرقم الهيدروجيني = 8-11.الأمونيا هي كلوريد الأمونيوم. مزيج 1 ن. محلول NH4OH و1 N. محلول NH4Cl بكميات متساوية قبل الاستخدام.

الرقم الهيدروجيني = 10.أضف 70 جم من كلوريد الأمونيوم إلى 570 مل من محلول الأمونيا المركز وخففه بالماء إلى 1 لتر.

الرقم الهيدروجيني = 11-13.الصودا الكاوية، 0.1 ن. حل.

عند تحديد عسر الماء بشكل معقد، يتم استخدام أقراص عازلة باللون الرمادي والبني، ويتم إعدادها مع مؤشر (eriochrome black T). يكفي إضافة بضع قطرات من محلول كبريتيد الصوديوم (لإخفاء المعادن الثقيلة) إلى عينة ماء (100 مل)، وقرصين عازلين و1 مل من الأمونيا المركزة. بعد ذوبان الأقراص، يتحول المحلول إلى اللون الأحمر؛ تتم معايرته بمحلول EDTA 0.02 M للحصول على لون أخضر ثابت. 1 مل من محلول 0.02 مولار EDTA يتوافق مع 0.02 مكافئ / لتر من عسر الماء. أنتجت في جمهورية ألمانيا الديمقراطية.

قياس الرقم الهيدروجيني

لتحديد الرقم الهيدروجيني للحلول، يتم استخدام الكواشف الخاصة - المؤشرات، وكذلك الأجهزة - متر الرقم الهيدروجيني (تحديد الرقم الهيدروجيني الكهروكيميائي).

تحديد مؤشر الرقم الهيدروجيني.في أغلب الأحيان في الممارسة التحليلية، يتم تحديد الرقم الهيدروجيني للحلول تقريبًا باستخدام ورقة مؤشر تفاعلية (في حدود 0.5-2.0 وحدة هيدروجينية). باستخدام ورق المؤشر العالمي، يمكنك تحديد الرقم الهيدروجيني بشكل أكثر دقة (في حدود 0.2-0.3 وحدة هيدروجينية). في الجدول يعرض 7 و8 بيانات عن أوراق المؤشرات التفاعلية والعالمية.

ويرد في الجدول انتقال اللون لورقة المؤشر العالمي. 8 و 9. تتم مقارنة الألوان الوسيطة الناتجة بمقياس المقارنة المرفق ويتم الحصول على قيم الرقم الهيدروجيني لمحلول الاختبار منه. يمكن استخدام الأوراق الإرشادية لتحديد الرقم الهيدروجيني للمحاليل المائية ذات التركيزات الملحية المنخفضة وفي حالة عدم وجود عوامل مؤكسدة قوية. بعد تحديد الرقم الهيدروجيني باستخدام ورق المؤشر العالمي مع نطاق الرقم الهيدروجيني 1.0-11.0 أو 0-12، يتم توضيح النتيجة باستخدام ورق ريفان مع نطاق الرقم الهيدروجيني الأضيق.

قياس درجة الحموضة الكهرومترية.هذه الطريقة مفيدة لقياس الرقم الهيدروجيني للمحاليل الملونة، وهو أمر مستحيل عمليا. للقياسات، يتم استخدام الأدوات - متر الرقم الهيدروجيني مع قطب زجاجي، والذي عادة ما يحل محل قطب الهيدروجين. وفي حالات نادرة جدًا، يتم استخدام قطب الأنتيمون أو إلكترود كوينهيدرون لهذا الغرض.

تُستخدم الأقطاب الكهربائية الزجاجية لتحديد الرقم الهيدروجيني للمحاليل التي تحتوي على معادن ثقيلة وعوامل مؤكسدة وعوامل اختزال، بالإضافة إلى المحاليل الغروية والمستحلبات. يعتمد تحديد الرقم الهيدروجيني باستخدام القطب الزجاجي على التغير في القوة الدافعة الكهربية. عنصر قابل للعكس بالنسبة لأيونات الهيدروجين.

تعتمد إمكانية تلامس السطح الزجاجي مع المحلول الحمضي على الرقم الهيدروجيني للمحلول. تُستخدم خاصية الزجاج هذه في الأقطاب الكهربائية الزجاجية - مؤشرات الرقم الهيدروجيني. عادة ما يكون للقطب الزجاجي شكل أنبوب اختبار، يتكون الجزء السفلي منه على شكل لوح زجاجي رقيق الجدران أو على شكل كرة لا يزيد سمك جدارها عن 0.01 مم. يُسكب محلول منظم ذو درجة حموضة معروفة في قطب زجاجي ويوضع في محلول الاختبار.

يتم استخدام قطب الكالوميل كقطب مرجعي. هذا القطب عبارة عن وعاء يحتوي على الزئبق في الأسفل، متصل بدائرة بواسطة سلك من البلاتين. يوجد فوق الزئبق معجون كالوميل مع بلورات KCl، وفي الأعلى توجد محاليل مشبعة من KCl والكالوميل (Hg2Cl2). يحدث اتصال القطب بمحلول الاختبار من خلال ألياف الأسبستوس الرقيقة. يمكن استخدام القطب المرجعي للكالوميل لقياس الأس الهيدروجيني عند درجات حرارة لا تتجاوز 60 درجة مئوية؛ لا يمكن قياس الرقم الهيدروجيني للمحاليل التي تحتوي على الفلوريد.

يتم دائمًا فحص مقياس الأس الهيدروجيني وضبطه باستخدام محلول منظم يكون الرقم الهيدروجيني له قريبًا من الرقم الهيدروجيني للمحلول الذي يتم اختباره. على سبيل المثال، لقياس الرقم الهيدروجيني في النطاق من 2 إلى 6، قم بإعداد محلول منظم Serensen مع الرقم الهيدروجيني = 3 أو 4، أو استخدم محلول منظم قياسي مع الرقم الهيدروجيني = 4.62.

في الممارسة المعملية، يتم استخدام مقياس الرقم الهيدروجيني LPU-01 لقياس الرقم الهيدروجيني، والذي تم تصميمه لتحديد الرقم الهيدروجيني للحلول في النطاق من -2 إلى 14 مع مجموعة من 4 وحدات من الرقم الهيدروجيني: -2-2؛ 2-4؛ 6-10؛ 10-14. حساسية الجهاز 0.01 درجة حموضة. كما أنهم يستخدمون مقياس درجة الحموضة المختبري الخاص LPS-02؛ مقياس الأس الهيدروجيني من النوع PL-U1 ومقياس الأس الهيدروجيني المحمول-ملي فولتميتر PPM-03M1.

المحول الصناعي ذو الدقة المتزايدة هو مقياس الأس الهيدروجيني من النوع pH-261، والذي تم تصميمه لقياس الرقم الهيدروجيني للمحاليل والعجائن. في الظروف الميدانية، يتم استخدام مقياس الرقم الهيدروجيني pH-47M لقياس الرقم الهيدروجيني للمحاليل المائية؛ لقياس الرقم الهيدروجيني لمستخلصات التربة المالحة - مقياس الرقم الهيدروجيني PLP-64؛ بالنسبة للحليب ومنتجات الألبان، يتم استخدام مقياس الرقم الهيدروجيني pH-222-2. يتم العمل على أجهزة قياس الأس الهيدروجيني وفقًا للتعليمات المرفقة مع كل جهاز.

قيمة الهيدروجين (PH).من أهم خصائص المحاليل المائية هي حموضتها (أو قلويتها)، والتي يتم تحديدها من خلال تركيز أيونات H + و OH – ( سم. التفكك الكهربي. الشوارد). ترتبط تراكيز هذه الأيونات في المحاليل المائية بعلاقة بسيطة = لث؛ (تشير الأقواس المربعة عادة إلى التركيز بوحدات مول/لتر). تسمى الكمية Kw بالمنتج الأيوني للماء وتكون ثابتة عند درجة حرارة معينة. لذلك، عند 0 درجة مئوية يساوي 0.11 درجة مئوية 10 –14، عند 20 درجة مئوية – 0.69 درجة مئوية 10 –14، وعند 100 درجة مئوية – 55.0 درجة مئوية 10 –14. المعنى الأكثر استخدامًا هو كث عند 25 درجة مئوية، أي ما يعادل 1.00H 10 –14. في الماء النقي تمامًا، والذي لا يحتوي حتى على غازات مذابة، يكون تركيز أيونات H + وOH – متساويًا (الحل متعادل). في حالات أخرى، لا تتطابق هذه التركيزات: في المحاليل الحمضية، تسود أيونات H +، في المحاليل القلوية، تسود أيونات OH. لكن منتجهم في أي محلول مائي يكون ثابتًا. ولذلك، إذا قمت بزيادة تركيز أحد هذه الأيونات، فإن تركيز الأيون الآخر سوف ينخفض ​​بنفس المقدار. لذلك، في محلول حمضي ضعيف، حيث = 10 –5 مول/لتر، = 10 –9 مول/لتر، وناتجهما لا يزال يساوي 10 –14. وبالمثل، في محلول قلوي عند = 3.7H 10 –3 مول/لتر = 10 –14 /3.7H 10 –3 = 2.7H 10 –11 مول/لتر.

ويترتب على ما سبق أنه يمكن التعبير عن حموضة المحلول بشكل لا لبس فيه من خلال الإشارة إلى تركيز أيونات الهيدروجين فقط فيه. على سبيل المثال، في الماء النقي = 10 –7 مول/لتر. في الممارسة العملية، من غير المناسب العمل مع هذه الأرقام. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تختلف تركيزات أيونات H + في المحاليل بمئات تريليونات المرات - من حوالي 10-15 مول/لتر (المحاليل القلوية القوية) إلى 10 مول/لتر (حمض الهيدروكلوريك المركز)، وهو ما لا يمكن وصفه بأي شكل من الأشكال. رسم بياني. لذلك، تم الاتفاق منذ فترة طويلة على أنه بالنسبة لتركيز أيونات الهيدروجين في المحلول، يجب الإشارة فقط إلى الأس 10، المأخوذ بالإشارة المعاكسة؛ للقيام بذلك، ينبغي التعبير عن التركيز كقوة 10x، دون مضاعف، على سبيل المثال، 3.7H 10 –3 = 10 –2.43. (للحصول على حسابات أكثر دقة، خاصة في المحاليل المركزة، يتم استخدام أنشطتها بدلاً من تركيز الأيونات.) يُطلق على هذا الأس اسم الهيدروجين، ويختصر الرقم الهيدروجيني - من تسمية الهيدروجين والكلمة الألمانية بوتنز - الدرجة الرياضية. وبالتالي، حسب التعريف، الرقم الهيدروجيني = –log[H +]؛ يمكن أن تختلف هذه القيمة ضمن حدود صغيرة - فقط من -1 إلى 15 (وفي أغلب الأحيان - من 0 إلى 14). في هذه الحالة، فإن التغير في تركيز أيونات H + بمقدار 10 مرات يتوافق مع تغير في الرقم الهيدروجيني بمقدار وحدة واحدة. تم إدخال تسمية الرقم الهيدروجيني للاستخدام العلمي في عام 1909 من قبل الكيميائي الفيزيائي والكيميائي الحيوي الدنماركي إس بي إل سورينسن، الذي كان في ذلك الوقت يدرس العمليات التي تحدث أثناء تخمير شعير البيرة واعتمادها على حموضة الوسط.

في درجة حرارة الغرفة في المحاليل المحايدة الرقم الهيدروجيني = 7، في المحاليل الحمضية الرقم الهيدروجيني< 7, а в щелочных рН >7. يمكن تحديد قيمة الرقم الهيدروجيني التقريبية للمحلول المائي باستخدام المؤشرات. على سبيل المثال، الميثيل البرتقالي عند درجة الحموضة< 3,1 имеет красный цвет, а при рН >4.4 - أصفر. عباد الشمس عند الرقم الهيدروجيني< 6,1 красный, а при рН >8 - الأزرق، الخ. بشكل أكثر دقة (حتى أجزاء من المئات من الكسر) يمكن تحديد قيمة الرقم الهيدروجيني باستخدام أجهزة خاصة - أجهزة قياس الرقم الهيدروجيني. تقيس هذه الأجهزة الإمكانات الكهربائية لقطب كهربائي خاص مغمور في محلول؛ وتعتمد هذه الإمكانية على تركيز أيونات الهيدروجين في المحلول ويمكن قياسها بدقة عالية.

ومن المثير للاهتمام مقارنة قيم الرقم الهيدروجيني لمحاليل الأحماض والقواعد والأملاح المختلفة (بتركيز 0.1 مول / لتر)، وكذلك بعض المخاليط والأشياء الطبيعية. بالنسبة للمركبات ضعيفة الذوبان والمميزة بعلامة النجمة، يتم تحديد الرقم الهيدروجيني للمحاليل المشبعة.

يتيح لنا الجدول تقديم عدد من الملاحظات المثيرة للاهتمام. على سبيل المثال، تشير قيم الرقم الهيدروجيني على الفور إلى القوة النسبية للأحماض والقواعد. كما يظهر بوضوح تغير قوي في البيئة المحايدة نتيجة التحلل المائي للأملاح التي تتكون من الأحماض والقواعد الضعيفة، وكذلك أثناء تفكك الأملاح الحمضية.

تحتوي المياه الطبيعية دائمًا على تفاعل حمضي (درجة الحموضة< 7) из-за того, что в ней растворен углекислый газ; при его реакции с водой образуется кислота: СО 2 + Н 2 О « Н + + НСО 3 2– . Если насытить воду углекислым газом при атмосферном давлении, рН полученной «газировки» будет равен 3,7; такую кислотность имеет примерно 0,0007%-ный раствор соляной кислоты – желудочный сок намного кислее! Но даже если повысить давление CO 2 над раствором до 20 атм, значение pH не опускается ниже 3,3. Это значит, что газированную воду (в умеренных количествах, конечно) можно пить без вреда для здоровья, даже если она насыщена углекислым газом.

تعتبر بعض قيم الرقم الهيدروجيني مهمة للغاية لحياة الكائنات الحية. يجب أن تحدث العمليات البيوكيميائية فيها عند درجة حموضة محددة بدقة. المحفزات البيولوجية - الإنزيمات قادرة على العمل فقط ضمن حدود معينة من الرقم الهيدروجيني، وعندما تتجاوز هذه الحدود، يمكن أن ينخفض ​​نشاطها بشكل حاد. على سبيل المثال، فإن نشاط إنزيم البيبسين، الذي يحفز التحلل المائي للبروتينات وبالتالي يعزز هضم الأطعمة البروتينية في المعدة، يصل إلى الحد الأقصى عند قيم الرقم الهيدروجيني التي تبلغ حوالي 2. لذلك، من أجل الهضم الطبيعي من الضروري أن عصير المعدة ذات قيم pH منخفضة إلى حد ما: عادة 1.53-1.67. مع قرحة المعدة، ينخفض ​​\u200b\u200bدرجة الحموضة إلى متوسط ​​\u200b\u200b1.48، ومع قرحة الاثني عشر يمكن أن تصل إلى 105. يتم تحديد قيمة الرقم الهيدروجيني الدقيقة لعصير المعدة عن طريق فحص داخل المعدة (مسبار الرقم الهيدروجيني). إذا كان الشخص يعاني من انخفاض الحموضة، فقد يصف الطبيب تناول محلول ضعيف من حمض الهيدروكلوريك مع الطعام، وإذا كان هناك حموضة عالية، تناول مضادات الحموضة، على سبيل المثال، هيدروكسيدات المغنيسيوم أو الألومنيوم. ومن المثير للاهتمام أنك إذا شربت عصير الليمون، فإن حموضة عصير المعدة... ستنخفض! في الواقع، فإن محلول حامض الستريك لن يؤدي إلا إلى تخفيف حمض الهيدروكلوريك الأقوى الموجود في عصير المعدة.

يبلغ الرقم الهيدروجيني في خلايا الجسم حوالي 7، وفي السائل خارج الخلية 7.4. النهايات العصبية الموجودة خارج الخلايا حساسة جدًا للتغيرات في الرقم الهيدروجيني. عند حدوث ضرر ميكانيكي أو حراري للأنسجة، يتم تدمير جدران الخلايا ووصول محتوياتها إلى النهايات العصبية. ونتيجة لذلك، يشعر الشخص بالألم. أجرى الباحث الاسكندنافي أولاف ليندال التجربة التالية: باستخدام حاقن خاص بدون إبرة، تم حقن تيار رفيع جدًا من المحلول عبر جلد الشخص، وهو ما لم يلحق الضرر بالخلايا، ولكنه أثر على النهايات العصبية. لقد ثبت أن كاتيونات الهيدروجين هي التي تسبب الألم، ومع انخفاض الرقم الهيدروجيني للمحلول، يزداد الألم. وبالمثل، فإن محلول حمض الفورميك، الذي يتم حقنه تحت الجلد عن طريق لدغ الحشرات أو نبات القراص، "يؤثر بشكل مباشر على الأعصاب". تفسر قيم الرقم الهيدروجيني المختلفة للأنسجة أيضًا سبب شعور الشخص بالألم في بعض الالتهابات، وفي حالات أخرى - لا.

ومن المثير للاهتمام أن حقن الماء النظيف تحت الجلد يسبب ألمًا شديدًا بشكل خاص. وتفسر هذه الظاهرة الغريبة للوهلة الأولى على النحو التالي: عندما تتلامس الخلايا مع الماء النظيف نتيجة الضغط الأسموزي، فإنها تتمزق وتؤثر محتوياتها على النهايات العصبية.

يجب أن تظل قيمة الرقم الهيدروجيني للدم ضمن حدود ضيقة جدًا؛ حتى التحمض الطفيف (الحماض) أو القلوية (القلاء) يمكن أن يؤدي إلى موت الكائن الحي. ويلاحظ الحماض في أمراض مثل التهاب الشعب الهوائية وفشل الدورة الدموية وأورام الرئة والالتهاب الرئوي والسكري والحمى وتلف الكلى والأمعاء. لوحظ القلاء مع فرط تهوية الرئتين (أو عند استنشاق الأكسجين النقي)، مع فقر الدم، والتسمم بثاني أكسيد الكربون، والهستيريا، ورم في المخ، والاستهلاك المفرط لصودا الخبز أو المياه المعدنية القلوية، وتناول الأدوية المدرة للبول. ومن المثير للاهتمام أن الرقم الهيدروجيني للدم الشرياني يجب أن يكون عادة في حدود 7.37-7.45، والدم الوريدي - 7.34-7.43. الكائنات الحية الدقيقة المختلفة أيضًا حساسة جدًا لحموضة البيئة. وبالتالي، تتطور الميكروبات المسببة للأمراض بسرعة في بيئة قلوية قليلاً، في حين أنها لا تستطيع تحمل البيئة الحمضية. لذلك، لحفظ (التخليل، التمليح) المنتجات، كقاعدة عامة، يتم استخدام المحاليل الحمضية، وإضافة الخل أو الأحماض الغذائية إليها. يعد الاختيار الصحيح لدرجة الحموضة أيضًا ذا أهمية كبيرة للعمليات التكنولوجية الكيميائية.

من الممكن الحفاظ على قيمة الرقم الهيدروجيني المطلوبة ومنعها من الانحراف بشكل ملحوظ في اتجاه أو آخر عند تغير الظروف باستخدام ما يسمى بالمحاليل العازلة (من اللغة الإنجليزية برتقالي - تخفيف الصدمات). غالبًا ما تكون هذه المحاليل عبارة عن خليط من حمض ضعيف وملحه أو قاعدة ضعيفة وملحها. مثل هذه المحاليل "تقاوم"، ضمن حدود معينة (تسمى سعة المخزن المؤقت)، محاولات تغيير الرقم الهيدروجيني الخاص بها. على سبيل المثال، إذا حاولت تحمض خليط من حمض الأسيتيك وأسيتات الصوديوم قليلاً، فإن أيونات الأسيتات ستربط أيونات H + الزائدة إلى حمض أسيتيك منفصل قليلاً، ولن يتغير الرقم الهيدروجيني للمحلول إلا بصعوبة (هناك الكثير من أيونات الأسيتات) في المحلول المنظم، حيث أنها تتشكل نتيجة التفكك الكامل لخلات الصوديوم). من ناحية أخرى، إذا قمت بإدخال القليل من القلويات في مثل هذا المحلول، فسيتم تحييد أيونات OH الزائدة بواسطة حمض الأسيتيك مع الحفاظ على قيمة الرقم الهيدروجيني. تعمل المحاليل المنظمة الأخرى بطريقة مماثلة، حيث يحافظ كل منها على قيمة معينة للأس الهيدروجيني. محاليل الأملاح الحمضية لحمض الفوسفوريك والأحماض العضوية الضعيفة - الأكساليك، الطرطريك، الستريك، الفثاليك، وما إلى ذلك لها أيضًا تأثير منظم، وتعتمد قيمة الرقم الهيدروجيني المحددة للمحلول المنظم على تركيز المكونات المنظمة. وبالتالي، فإن المخزن المؤقت للخلات يسمح لك بالحفاظ على الرقم الهيدروجيني للحل في حدود 3.8-6.3؛ الفوسفات (خليط من KH 2 PO 4 و Na 2 HPO 4) - في حدود 4.8 - 7.0، بورات (خليط من Na 2 B 4 O 7 و NaOH) - في حدود 9.2-11، إلخ.

العديد من السوائل الطبيعية لها خصائص تخزين مؤقت. ومن الأمثلة على ذلك مياه المحيطات، التي ترجع خصائصها العازلة إلى حد كبير إلى ثاني أكسيد الكربون المذاب وأيونات البيكربونات HCO 3 -. ومصدر الأخير، بالإضافة إلى ثاني أكسيد الكربون، هو كميات هائلة من كربونات الكالسيوم على شكل أصداف وطباشير ورواسب من الحجر الجيري في المحيط. ومن المثير للاهتمام أن نشاط التمثيل الضوئي للعوالق، وهو أحد الموردين الرئيسيين للأكسجين في الغلاف الجوي، يؤدي إلى زيادة الرقم الهيدروجيني للبيئة. ويحدث ذلك وفقًا لمبدأ لوشاتيلييه نتيجة لتحول التوازن عند امتصاص ثاني أكسيد الكربون المذاب: 2H + + CO 3 2 – “ H + + HCO 3 – “ H 2 CO 3 “ H 2 O + CO 2 . عند إزالة CO 2 + H 2 O + hv ® 1/n(CH 2 O) n + O 2 من المحلول أثناء عملية التمثيل الضوئي، ينتقل التوازن إلى اليمين وتصبح البيئة أكثر قلوية. في خلايا الجسم، يتم تحفيز ترطيب ثاني أكسيد الكربون بواسطة إنزيم الأنهيدراز الكربونيك.

يعد السائل الخلوي والدم أيضًا من الأمثلة على المحاليل العازلة الطبيعية. وبالتالي، يحتوي الدم على حوالي 0.025 مول/لتر من ثاني أكسيد الكربون، ويكون محتواه عند الرجال أعلى بنسبة 5٪ تقريبًا منه عند النساء. تركيز أيونات البيكربونات في الدم هو نفسه تقريبًا (يوجد أيضًا عدد أكبر منها عند الرجال).

عند اختبار التربة، يعد الرقم الهيدروجيني أحد أهم الخصائص. يمكن أن تحتوي التربة المختلفة على درجة حموضة تتراوح من 4.5 إلى 10. ويمكن استخدام قيمة الأس الهيدروجيني، على وجه الخصوص، للحكم على المحتوى الغذائي للتربة، بالإضافة إلى النباتات التي يمكن أن تنمو بنجاح في تربة معينة. على سبيل المثال، يتم إعاقة نمو الفاصوليا والخس والكشمش الأسود عندما يكون الرقم الهيدروجيني للتربة أقل من 6.0؛ الملفوف - أقل من 5.4؛ أشجار التفاح - أقل من 5.0؛ البطاطس - أقل من 4.9. عادة ما تكون التربة الحمضية أقل غنى بالمغذيات لأنها أقل قدرة على الاحتفاظ بالكاتيونات المعدنية التي تحتاجها النباتات. على سبيل المثال، أيونات الهيدروجين التي تدخل التربة تحل محل أيونات Ca 2+ المرتبطة بها. وأيونات الألومنيوم النازحة من الصخور الطينية (سيليكات الألومنيوم) بتركيزات عالية تعتبر سامة للمحاصيل الزراعية.

لإزالة الأكسدة من التربة الحمضية، يتم استخدام الجير - إضافة المواد التي تربط الحمض الزائد تدريجيا. يمكن أن تكون هذه المادة معادن طبيعية - الطباشير والحجر الجيري والدولوميت وكذلك الجير والخبث الناتج عن النباتات المعدنية. تعتمد كمية مزيل الأكسدة المطبقة على سعة المخزن المؤقت للتربة. على سبيل المثال، تتطلب التربة الطينية الكلسية مواد مزيلة للأكسدة أكثر من التربة الرملية.

من الأهمية بمكان قياس الرقم الهيدروجيني لمياه الأمطار، والتي يمكن أن تكون حمضية جدًا بسبب وجود أحماض الكبريتيك والنيتريك فيها. تتشكل هذه الأحماض في الغلاف الجوي من أكاسيد النيتروجين والكبريت (IV)، التي تنبعث من النفايات الناتجة عن العديد من الصناعات والنقل وبيوت الغلايات ومحطات الطاقة الحرارية. من المعروف أن المطر الحمضي ذو الرقم الهيدروجيني المنخفض (أقل من 5.6) يدمر الغطاء النباتي والعالم الحي للمسطحات المائية. ولذلك، يتم مراقبة الرقم الهيدروجيني لمياه الأمطار باستمرار.

ايليا لينسون