مؤشرات الرقم الهيدروجيني: أنواع المؤشرات وكيفية عملها - كيمياء - 2026

تعتبر مؤشرات الأس الهيدروجيني مهمة في تحديد مقدار الأس الهيدروجيني الموجود في وسط معين. عند الحديث عن مفهوم الأس الهيدروجيني ، فإنه يمثل تركيز أيونات الهيدرونيوم (H ₃ O ⁺) الموجودة في محلول مائي.

وبالمثل ، يتم قياسه على مقياس لوغاريتمي سالب بين 0 و 14 ، حيث تعتبر الحلول ذات الأس الهيدروجيني الأقل من 7 حمضية ، وتلك التي تحتوي على درجة حموضة أكبر من 7 تعتبر أساسية وتلك التي تحتوي على درجة حموضة تساوي 7 تعتبر حلولًا محايدة. يتم التعبير عن هذه المعلمة على النحو التالي مع معادلة Henderson-Hasselbalch: pH = pKa + log ₁₀ (/).

في التعبير أعلاه ، يمثل pKa اللوغاريتم السالب لثابت تفكك الحمض ، والتركيزات المولية وهي تلك الخاصة بالحمض الضعيف وقاعدته المقترنة ، على التوالي. تسمح معرفة الرقم الهيدروجيني بدراسة جودة الماء والغذاء والقدرة على الحفاظ على قابلية تكرار منتج كيميائي مفصل.

أنواع

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من مؤشرات الأس الهيدروجيني: مؤشرات السائل الحمضي القاعدي ، والتي تعمل ضمن نطاق معين للأس الهيدروجيني ؛ الأوراق ومواد المؤشر الأخرى التي يتغير لونها مع إضافة عينة سائلة أو غازية إلى سطحها ؛ وعدادات الأس الهيدروجيني الرقمية ، والتي تقيس الفرق الكهربائي المحتمل بين قطبين.

المؤشرات السائلة

المؤشرات السائلة هي أحماض عضوية ضعيفة أو قواعد لها ألوان مختلفة حسب شكلها الحمضي أو الأساسي. تعمل هذه ضمن نطاقات محدودة ، وتغيير اللون بمجرد الوصول إلى ذلك ، وإيقاف تغيير اللون عند الوصول إلى الحد الأقصى لمستوى النطاق.

للعمل ، يجب استخدامها فقط في الحلول حيث يمكن ملاحظة تغير اللون (ويفضل أن يكون عديم اللون).

يوجد عدد كبير من المؤشرات السائلة بألوان مختلفة ونطاقات الأس الهيدروجيني ، بما في ذلك أحمر كريسول (أحمر إلى أصفر في نطاق من 0.2 إلى 1.8) ، وأحمر ميثيل (أحمر إلى أصفر في نطاق 4 ، 2 إلى 6.2) ، أخضر بروموكريزول (وردي إلى أزرق / أخضر من 4.2 إلى 5.2) ، وفينول فثالين (عديم اللون إلى الوردي في نطاق من 8.0 إلى 10.0).

هذه المؤشرات شائعة للحصول على درجات علمية في الكيمياء التحليلية ، على الرغم من أنه يجب أن يكون لديك مستوى معين من التدريب لأداء هذه الممارسة بدقة.

أوراق المؤشر

هناك عدة أنواع من الأوراق تستخدم لقياس الأس الهيدروجيني ، لكن أشهرها يسمى ورق عباد الشمس ، وهو مصنوع من مسحوق يأتي من الأشنات.

يستخدم ورق عباد الشمس لمعرفة ما إذا كان المحلول السائل أو الغازي حمضيًا أم قاعديًا (دون معرفة الرقم الهيدروجيني الدقيق أو تقدير له) ، ويأتي في عرضين تقديميين: الأزرق والأحمر.

يتحول ورق عباد الشمس الأزرق إلى اللون الأحمر في ظل الظروف الحمضية ، ويتحول ورق عباد الشمس الأحمر إلى اللون الأزرق في ظل الظروف الأساسية أو القلوية ، ويمكن إعادة تدويره للاختبار العكسي بمجرد تغيير لون الورق بالفعل.

تسببت القيود المعروفة للورق - مثل عدم قدرتها على تقديم قيمة دقيقة أو مقدرة للأس الهيدروجيني والقدرة على التغيير إلى ألوان أخرى عند التفاعل مع مركبات معينة - في استبدالها بمؤشرات سائلة و / أو مقاييس الأس الهيدروجيني.

عدادات الأس الهيدروجيني

وُلدت مقاييس الأس الهيدروجيني من حاجة محللي المختبرات للحصول على القيم الدقيقة لهذه المعلمة ، وهو أمر لم يكن ممكنًا باستخدام المؤشرات الورقية أو المؤشرات السائلة.

وهي تستند إلى قياس فرق الجهد الكهربائي بين الأس الهيدروجيني للقطب الكهربائي والقطب المرجعي.

يتم شرح تشغيل عدادات الأس الهيدروجيني هذه بمزيد من العمق في القسم التالي ، ولكن بشكل عام تعتبر هذه المؤشرات الأكثر دقة بامتياز ، حيث توفر رقمًا دقيقًا (بدقة 0.01 وحدة من وحدات الأس الهيدروجيني) للمعامل والعد بحساسية وسرعة تفوق الطريقتين الأخريين.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكنهم أيضًا قياس الخصائص الأخرى ، مثل المواد الصلبة الذائبة ، والتوصيل الكهربائي ، ودرجة حرارة المحلول.

العيب الوحيد لهذا النوع من أجهزة قياس الأس الهيدروجيني هو أنها معدات دقيقة ، بالإضافة إلى المعايرة الأولية التي يجب أن يتم إجراؤها بواسطة عازف أو خبير للمعدات ، فإنها ستحتاج أيضًا إلى التنظيف بانتظام لمنع الأقطاب الكهربائية من تراكم المواد عليها.

كيف يعملون؟

المؤشرات السائلة

تغير المؤشرات السائلة اللون بسبب تأثير البروتونات أو نزع البروتونات في بنيتها (اعتمادًا على الطبيعة الأساسية أو الحمضية للمؤشر) ، والتي تعتمد على توازن التفاعل ، على النحو التالي: HIn + H ₂ O ↔ H ₃ O ⁺ + في ^-

أي بمجرد إضافة المؤشر إلى المحلول ، إذا بدأ توازن هذا الوسط يميل في الاتجاه المعاكس بسبب زيادة أو نقصان أيون الهيدرونيوم (مرة أخرى ، اعتمادًا على طبيعة المؤشر) ، سيتغير لونه حتى النهاية بقاء لون جديد ثابت.

أوراق المؤشر

يجب أن تتلامس أوراق المؤشر ، وخاصة ورقة عباد الشمس ، مع الحل ليتم تحليلها بتكتم من أجل القياس بدقة.

أي أنه في محلول سائل لا ينبغي إدخاله بالكامل فيه ، ولكن يجب تجفيفه به أو لمس عينة من المادة لفترة وجيزة.

في حالة وجود محلول غازي ، يجب أن يمر الغاز فوق سطح الورقة للسماح لها بالاتصال وتغيير اللون.

عدادات الأس الهيدروجيني

كما ذكرنا سابقًا ، تعمل مقاييس الأس الهيدروجيني عن طريق فرق الجهد الكهربائي بين الأس الهيدروجيني والإلكترود المرجعي.

يقيس مقياس الأس الهيدروجيني الجهد الموجود بين قطبين في محلول ويعرض النتيجة المحولة إلى قيمة pH مقابلة.

يتكون الجهاز نفسه من زوج من الأقطاب الكهربائية - أحدهما معدني وغير حساس لدرجة الحموضة في المحلول - ومكبر إلكتروني بسيط. لمعايرتها ، تتم معايرة الجهاز بمحلول الأس الهيدروجيني المعروف.

المراجع

1. كارولينا. (سادس). قياس الأس الهيدروجيني: المؤشرات والورق والمتر. تعافى من carolina.com
2. شركة S. (sf). نطاقات مؤشر الأس الهيدروجيني (تصاعدي درجة الحموضة). تعافى من sciencecompany.com
3. LibreTexts. (سادس). مؤشرات الأس الهيدروجيني. تم الاسترجاع من chem.libretexts.org
4. ThoughtCo. (سادس). تعريف مؤشر الأس الهيدروجيني وأمثلة. تعافى من thinkco.com
5. ويكيبيديا. (سادس). مقياس PH. تم الاسترجاع من en.wikipedia.org