قياس الأس الهيدروجيني - دليل نظرية الأس الهيدروجيني

لماذا نصنف سائلاً يستخدم يوميًا مثل الخل كحمضي؟ إن السبب في ذلك هو احتواء الخل على الكثير من أيونات الهيدرونيوم الزائدة (H₃O⁺) وهذا الفائض من أيونات الهيدرونيوم يجعل المحلول حمضيًا. وعلى الجانب الآخر، يجعل الفائض من أيونات الهيدروكسيل (OH^–) الشيء قاعديًا أو قلويًا. وفي الماء النقي؛ تكون جميع أيونات الهيدرونيوم متعادلة بفعل أيونات الهيدروكسيل وهذا المحلول هو ما نطلق عليه قيمة الأس الهيدروجيني المتعادلة.

H₃O⁺ + OH^– ↔ 2 H₂O

الشكل 1.

تفاعل الحمض مع القاعدة يكون الماء. إذا أصدرت جزيئات مادة ما أيونات الهيدروجين أو البروتونات عبر التفكك، فنطلق على هذه المادة حمضًا ويصبح المحلول حمضيًا. إن بعض الأحماض الأكثر شهرة تشمل حمض الهيدروكلوريك وحمض الكبريتيك وحمض الأسيتيك أول الخل. فيما يلي توضيح لتفكك الخل:

CH₃COOH + H₂O ↔ CH₃COO^– + H₃O⁺

الشكل 2. تفكك حمض الأسيتيك.

والأحماض ليست جميعها بنفس القوة. والعدد الكلي لأيونات الهيدروجين في المحلول هو ما يحدد مدى حمضية شيء ما. ثم تُحدد قيمة الأس الهيدروجيني باعتبارها اللوغاريتم السلبي لتركيز أيون الهيدروجين. (وبشكل دقيق، يتم تحديدها بواسطة نشاط أيونات الهيدروجين. للاطلاع على المزيد من المعلومات حول نشاط أيونات الهيدروجين، راجع الفصل 4.2).

pH = –log [H₃O⁺]

الشكل 3. صيغة حساب قيمة الأس الهيدروجيني من تركيز أيونات الهيدرونيوم.

يمكن تحديد الاختلاف الكمي بين المواد الحمضية والقلوية بواسطة إجراء قياسات قيمة الأس الهيدروجيني. يتضمن الشكل 4 أمثلة على قيم الأس الهيدروجيني في المواد والكيماويات المستخدمة يوميًا:

... اطلع على المزيد في دليل نظرية الأس الهيدروجيني ....

1.1.   حمضي أو قلوي
1.2.   لماذا تقاس قيم الأس الهيدروجيني؟
1.3.   أدوات قياسات الأس الهيدروجيني
         أ) القطب الكهربي للأس الهيدروجيني
         ب) الأقطاب الكهربية المرجعية
         ج) أقطاب كهربية مجمعة
1.4.   دليل عملي لقياسات الأس الهيدروجيني الصحيحة
         أ) تحضير العينة
         ب) المعايرة
         ج) القطب الكهربي للأس الهيدروجيني
         د) الدقة المتوقعة للقياس
1.5   دليل تفصيلي خطوة بخطوة لقياسات الأس الهيدروجيني

.. اطلع على المزيد في دليل نظرية الأس الهيدروجيني ....

2.1.     الأنواع المختلفة للوصلات
           أ) الوصلات السيراميكية
           ب) جلبات التوصيل / الوصلات الزجاجية الأرضية
           ج) الوصلات المفتوحة
2.2.     الأنظمة المرجعية والإلكتروليتات
2.3.     أنواع الغشاء الزجاجي وأشكال الغشاء
2.4.     الأقطاب الكهربية للأس الهيدروجيني لتطبيقات معينة
           العينات السهلة
           العينات المتسخة
           المواد المستحلبة
           العينات شبه الصلبة أو الصلبة
           العينات المستوية والعينات الصغيرة للغاية
           العينات الصغيرة وحاويات العينات الصعبة
           InLab^®Power (Pro)
2.5.     صيانة القطب الكهربي
2.6.     تخزين القطب الكهربي
           التخزين لفترة قصيرة
           التخزين لفترة طويلة
           مستشعرات درجة الحرارة
2.7.     تنظيف القطب الكهربي
           الانسداد بكبريتيد الفضة (Ag2S)
           الانسداد بكلوريد الفضة (AgCl)
           الانسداد بالبروتينات
           أنواع الانسداد الأخرى للوصلة
2.8.     إعادة تكوين القطب الكهربي وعمره الافتراضي
2.9.     معلومات إضافية

المشكلات التي تنشأ أثناء إجراء قياسات الأس الهيدروجيني قد تختلف مصادرها، من المقياس والكابل والقطب الكهربي وحتى المحاليل المنظمة ودرجة حرارة القياس والعينة (التطبيق). يجب تسجيل ملاحظة خاصة حول أعراض المشكلة فقد تكون مفيدة في تحديد أصل الخلل. يوفر الجدول التالي نظرةً عامة على الأعراض والأسباب:

القراءات عالية للغاية/منخفضة للغاية أو قراءات خارج المقياس "---"

• تحقق من المقياس والكابل والقطب الكهربي وإجراء المعايرة ودرجة حرارة العينة
  

القيمة لا تتغير

• تحقق من المقياس والكابل والقطب الكهربي
  

زمن الاستجابة بطيئ

• تحقق من القطب الكهربي والعينة/التطبيق
  

إزاحة عالية بعد المعايرة

• تحقق من القطب الكهربي والمحلول المعياري وإجراء المعايرة
  

ميل منخفض بعد المعايرة

• تحقق من القطب الكهربي والمحلول المعياري وإجراء المعايرة
  

خطأ في المعايرة

• تحقق من المقياس والقطب الكهربي والكابل والمحاليل المعيارية وإجراء المعايرة
  

قيم القياس المنحرف

• تحقق من القطب الكهربي والعينة/التطبيق

... اطلع على المزيد في دليل نظرية الأس الهيدروجيني ....

3.1.     التحقق من المقياس والكابل
3.2.     التحقق من درجة حرارة العينة والتطبيق
3.3.     التحقق من المحاليل المعيارية وإجراء المعايرة
           بعض التلميحات بخصوص استخدام المحلول المعياري
3.4.     التحقق من القطب الكهربي

ناقشنا في الأقسام السابقة النواحي العملية لقياسات الأس الهيدروجيني. وسيتعامل هذا الفصل بشكل أساسي مع الخلفية العملية لقياسات الأس الهيدروجيني ومخصص للقراء الذين يرغبون
في الحصول على فهم أساسي أكبر لنظرية الأس الهيدروجيني.

فتم أولاً وضع نظرية الأس الهيدروجيني الأساسية، ثم سنلقي نظرة على نظرية المستشعر وسنتحدث في النهاية عن بعض المواضيع الخاصة.

4.1. تعريف قيمة الأس الهيدروجيني

يعرِّف Sørenson الأس الهيدروجيني باعتباره اللوغاريتم السلبي لتركيز أيون H₃O⁺:

pH = –log [H₃O⁺]

ويتضح لنا من المعادلة أنه إذا تغير تركيز أيون H₃O⁺ بمقدار عشري، تتغير قيمة الأس الهيدروجيني بمقدار وحدة واحدة. ويشرح ذلك بدقة مدى أهمية القدرة على قياس حتى التغيرات الصغيرة في قيمة الأس الهيدروجيني للعينة.
وتوصف نظرية الأس الهيدروجيني غالبًا بأيونات H⁺ من ناحية قيم الأس الهيدروجيني، وذلك على الرغم من أن الأيون الصحيح الذي تنبغي الإشارة إليه هو أيون الهيدرونيوم (أو كما يعرف بشكل رسمي وفقًا لـ IUPAC: أكسونيوم (H₃O⁺):

H⁺ + H₂O ↔ H₃O⁺

والمواد الحمضية والقاعدية ليست هي فقط التي تُظهر سلوك تفكك لتكوين أيونات الهيدرونيوم، لكن الماء النقي يتفكك أيضًا ليشكل أيونات الهيدرونيوم والهيدروكسيد:

2 H₂O ↔ H₃O⁺ + OH^–

... اطلع على المزيد في دليل نظرية الأس الهيدروجيني ....

4.1.     تعريف قيمة الأس الهيدروجيني
4.2.     العلاقة بين التركيز والنشاط
4.3.     المحاليل المعيارية
           قدرة المحلول العياري (ß)
           قيمة التخفيف (ΔpH)
           تأثير درجة الحرارة (ΔpH/ΔT)
4.4.     سلسلة القياس في إعداد قياس الأس الهيدروجيني
           القطب الكهربي للأس الهيدروجيني
           القطب الكهربي المرجعي
4.5.     معايرة/ضبط إعداد قياس الأس الهيدروجيني
4.6.     تأثير درجة الحرارة على قياسات الأس الهيدروجيني
           اعتماد درجة الحرارة على القطب الكهربي
           التقاطع متساوي الحرارة
           المزيد حول ظواهر درجة الحرارة
           اعتماد درجة الحرارة على العينة المقيسة
4.7.     الظواهر في حالة محاليل القياس الخاصة
           خطأ قلوي
           خطأ حمضي
           التفاعلات مع الإلكتروليت المرجعي
           الوسائط العضوية