تعريف الرقم الهيدروجيني pH
يعد الرقم الهيدروجيني إحدى الصفات الكيميائية للموادّ وهو مقياس لدرجة حموضة وقاعديّة المحاليل المائية،ويُقاس الرقم الهيدروجيني على مقياس مدّرجٍ من 0 إلى 14، فوفقاً لهذا المقياس، فإنّ قيمة الرقم الهيدروجيني التي تقل عن 7 تعني أنّ المحلول حمضي، فيما تُشير القيمة التي تزيد عن 7 إلى أنّ المحلول قاعدي، أي إنّه كُلّما قلّت قيمة الرقم الهيدروجيني كانت نسبة الحموضة أكبر، ووصِفت المادة عندها بأنّها مادّة حمضيّة، وكلّما زادت القيمة عن الرقم 7 كانت المادّة قاعديّة.
بالإضافة إلى ذلك يُعرَّف مستوى الرقم الهيدروجيني الذي يبلغ 7.0 عند درجة حرارة 25 درجة مئوية بأنّه محايد أو متعادل، وذلك لأنّ تركيز H 3 O يساوي تركيز -OH، ويمثّل ذلك الرقم الهيدروجيني للماء النقي .
ومن الجدير بالذكر أنّ الرقم الهيدروجيني له دلالات في المحاليل المائية فقط، حيث لا تحتوي العديد من المواد الكيميائية، بما في ذلك السوائل، على قيم للرقم الهيدروجيني، إذ إنّ عدم وجود ماء في المحلول يعني أنّه لا يوجد رقم هيدروجيني لتلك المادة، فمثلاً، لا توجد قيمة (pH) للزيت النباتي أو البنزين أو الكحول النقي.
لماذا تتراوح قيمة الرقم الهيدروجيني بين 0 و14 فقط؟
من الناحية النظرية، يجب أن يتراوح مقياس الرقم الهيدروجيني من اللانهاية السالبة إلى اللانهاية الموجبة، ومع ذلك، فإنّ معظم المحاليل الموجودة في الواقع وعند قياسها في المختبر ستكون قيمة (pH) لها محصورة بين 0-14، حيث إنّه ولأجل الوصول إلى مستويات أس هيدروجيني أقل من 0 أو أعلى من 14، فقد نحتاج إلى محاليل حمضية أو قاعدية بشكل غير عادي.
تجدر الإشارة إلى أنّه من الممكن أن يكون الأس الهيدروجيني خارج النطاق التقليدي 0-14، ومع ذلك، ففي مثل هذه الحالات، لا تكون معرفة الرقم الهيدروجيني مقياساً مفيداً بسبب القيود المختلفة التي تسببها درجة حموضة المحاليل في هذه الحالة كعدم قدرتها على الذوبان في الماء مثلاً أو عدم وجود أداة تمّكننا من قياس درجة حموضتها.
ومن الجدير بالذكر أنّه ولتسمية المحاليل التي تخرج عن النطاق الهيدروجيني، فإنّه يُمكن تسميتها باستخدام التراكيز المولية (بالإنجليزية: molarity).
طرق قياس الرقم الهيدروجيني PH
فيما يأتي توضيح لذلك:
قياس الرقم الهيدروجيني PH رياضياً
لقياس الرقم الهيدروجيني رياضياً تمّ اعتماد صيغة لوغاريتمية رياضيّة؛ يُعرّف الرقم الهيدروجيني عندها بأنّه القيمة اللوغاريتمية السالبة لتركيز أيون الهيدروجين،ويُمكن التعبير عن ذلك رياضياً بالمعادلة الآتية:
pH = -log[H ]
حيث ترمز قيمة [ H] إلى تركيز أيون الهيدروجين بوحدات المولات لكل لتر من المحلول، ومن هنا يأتي مصطلح (pH) من الكلمة الألمانية (potenz)، والتي تعني القوة (power)، وبإضافة حرف (H) رمز عنصر الهيدروجين، فإنّ (pH) تعد اختصاراً لقوة الهيدروجين (بالإنجليزية: power of hydrogen).
قياس الرقم الهيدروجيني PH عملياً
لقياس الرقم الهيدروجيني، فَإنّ هُناك عدّة طرق من أهمّها ما يأتي:
يترجم هذا الجهاز الفرق في القوة الدافعة الكهربائية (الجهد الكهربائي) إلى قراءات تُعبّر عن الرقم الهيدروجيني، وذلك بقياس الجهد بين الأقطاب الكهربائية الموضوعة في المحلول المراد اختباره.
يساعد ورق عباد الشمس في معرفة فيما إذا كان المحلول حمضياً أو قاعدياً وذلك بتغيّر لونه ، مع الانتباه إلى أنّ هذه الأوراق تساعد في معرفة فيما إذا كانت المادة حمضاً أم قاعدةً فقط؛ حيث إنّ تغيّر لون الورقة إلى اللون الأحمر يعني أنّ المادة حمضية، فيما يعني اللون الأزرق أنّ المحلول قاعدي.
يُمكن استخدام الأطعمة وما يُسمّى بالكواشف الطبيعيّة كالملفوف الأحمر لمعرفة مدى حمضية الموادّ أو قاعديّتها، حيث يتحول لون المفلوف إلى الأحمر عند وجود محلول حمضي، فيما يتغيّر لونه إلى الأزرق إذا كان قاعدياً، ويُذكر أنّ هذهِ الموادّ الطبيعيّة تعد سهلة مخبريّاً وفي المتناول ولكن لا تُعطي الرقم بدقّة، وإنّما تحديد سلوك المادّة وطبيعتها.
