للمياه العديد من الخصائص المفيدة والمثيرة للاهتمام ، وبعضها واضح في لمحة. من الواضح أن العالم يتكون من الكثير من المياه ، ولكن لا توجد مياه تقريبًا تراها على الإطلاق هي مياه "فقط". بعض المياه ، مثل ماء الصنبور ، تبدو نقية تمامًا وتحتوي على كمية صغيرة فقط من الشوائب ، بينما تحتوي معظم مياه البرك والمحيطات على مادة مرئية مذابة أو معلقة فيها.
خاصية أخرى مثيرة للاهتمام للمياه هي أنه من حيث الرقم الهيدروجيني ، وهو مصطلح شائع في إعلانات الشامبو وكذلك على اختبارات الكيمياء ، إنها تقع في منتصف المقياس: إنها ليست حمضًا ولا قاعدة ومثالية حيادي. استمر في القراءة لاكتشاف ما يعنيه ذلك من حيث الرياضيات الخاصة بمعادلة الأس الهيدروجيني وتعريفات الأحماض والقواعد في الكيمياء.
ما هي الأحماض والقواعد؟
مصطلح الأس الهيدروجيني يرتبط ب حموضة. الأحماض هي مركبات قادرة على التبرع بالبروتون ، أو أيون الهيدروجين (H +) ، في محلول مائي ، تاركًا وراءه أنيون (أيون سالب الشحنة) يسمى قاعدة مقترنة وتوليد الهيدرونيوم (H3O +) أيون في الماء. أحماض قوية مثل HCl التبرع بالبروتونات الخاصة بهم حتى عندما يكون المحلول مرتفعًا نسبيًا بالفعل في البروتونات. تتبرع الأحماض الضعيفة بأحماضها في حلول أقرب إلى درجة الحموضة المحايدة ، بقيمة 7.0.
القواعد هي مركبات يمكنها قبول البروتونات ، أو على نحو مكافئ في المحاليل المائية ، تتبرع بمجموعة الهيدروكسيل (–OH). قاعدة قوية مثل NaOH يمكنه القيام بذلك حتى في وجود تركيز عالٍ من أيونات الهيدروكسيل (أو تركيز منخفض من أيونات H +). تميل القواعد الضعيفة ، مثل الأحماض الضعيفة ، إلى عدم التأين حتى يقترب الرقم الهيدروجيني من المحايد.
ما معنى الرقم الهيدروجيني؟
بينما يشير الرقم الهيدروجيني إلى مقياس الحموضة (أو القلوية ، وتسمى أيضًا القاعدية) ، فإنه يمثل في الواقع الهيدروجين pouvoir ، أو "قوة الهيدروجين" بالفرنسية. في مجالات الكيمياء ، فإن "p" الصغير هو عامل تشغيل يعني "أخذ اللوغاريتم السالب لـ."
بغض النظر عن الرياضيات ، فهو مقياس يضغط على نطاق واسع جدًا من تركيزات الهيدرونيوم والهيدروكسيد التي تظهر في الماء إلى مقياس يمتد من 0 إلى 14 لأغراض عملية.
المحلول برقم هيدروجيني 1.0 هو محلول حمضي بشدة وله [H+] تركيز أعلى بعشر مرات من محلول برقم هيدروجيني 2.0 ، 100 مرة أعلى من محلول برقم هيدروجيني 3.0 و 1000 مرات أعلى من محلول برقم هيدروجيني 4.0. هذا بسبب صفات اللوغاريتمات ، كما سترى في زوج من أمثلة.
ما هي معادلة الأس الهيدروجيني الأساسية؟
غالبًا ما تفترض صيغة الأس الهيدروجيني أن الرقم الهيدروجيني = –log [H+] ، حيث [H +] هو التركيز بالمولات لكل لتر (مول / لتر ، أو م). توجد صيغة مكافئة لتركيز أيونات الهيدروكسيد:
pOH = - [OH–]
مثال: ما هو الرقم الهيدروجيني للحل مع [H+] من 2.8 × 10–3 م؟
الرقم الهيدروجيني = –log [2.8 × 10–3] = 2.55
هل الماء في حد ذاته حمض أم قاعدة؟
يحتوي الماء على درجة حموضة 7.0 ؛ لكل H + أيون "يتحرر" واحد OH– يوجد أيون لموازنته. وهكذا فإن الماء مذبذب، أو قادرة على العمل كحمض وقاعدة (بينما لا تكون "جيدة" بشكل خاص في أي منهما).
ال التأين الذاتي للماء يمثله التعبير K.ث= [ح3يا +] [أوه−] = 1.0 × 10−14، حيث K.ث هو ثابت الماء. لأن pKث= –log [K.ث] و K.ث هو الثابت 1.0 × 10−14، صث = 14 ، وهو ما يحدد مقياس الأس الهيدروجيني المرقّم بشكل غريب.
بشكل أكثر عمومية ، Kث يمثله ثابت التفكك للأحماض كأ، والتي تختلف من نوع إلى نوع.
حساب الرقم الهيدروجيني: آلة حاسبة أو أداة عبر الإنترنت
ليس عليك حل مشاكل الأس الهيدروجيني أو pKأ مشاكل الماء في رأسك. يمكنك استخدام وظيفة سجل الآلة الحاسبة القياسية ، أو زيارة صفحة مثل تلك الموجودة في الموارد التي تسمح بذلك يمكنك إدخال قيم مختلفة من الرقم الهيدروجيني لمجموعة متنوعة من الأحماض المختلفة بتركيزات مختلفة في المحلول.