الأس الهيدروجيني (pH)

التحويل بين تركيز أيونات الهيدروجين والرقم الهيدروجيني

الرقم الهيدروجيني (pH) هو مقياس لوغاريتمي يقيس مدى حمضية أو قاعدية محلول مائي، ويُحسب كاللوغاريتم العشري السالب لتركيز أيونات الهيدروجين. أدخل إما تركيز أيونات هيدروجين معروفًا أو قيمة رقم هيدروجيني معروفة، ويجد هذا الحاسبة الأخرى، بالإضافة إلى pOH وتركيز أيونات الهيدروكسيد. هذا هو التعريف القياسي عند 25 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت) — تتحول نقطة التعادل الخاصة بالماء نفسها قليلاً عند درجات حرارة أخرى، رغم أن الفرق صغير بما يكفي لتجاهله في معظم الأغراض اليومية.

الصيغة

$$\vB{\text{pH}} = -\log_{10}(\vA{[\text{H}^+]})$$ $$\vC{\text{pOH}} = 14 - \vB{\text{pH}}$$ $$[\text{OH}^-] = 10^{-\vC{\text{pOH}}}$$

الرقم الهيدروجيني 7 متعادل (الماء النقي عند 25 درجة مئوية)؛ القيم الأقل من 7 حمضية، والقيم الأعلى من 7 قاعدية (قلوية). يجمع pH وpOH دائمًا إلى 14 عند 25 درجة مئوية.

مثال محلول

حمض المعدة بتركيز أيونات هيدروجين قدره 0.01 مول/لتر:

1. طبّق الصيغة: $\vB{\text{pH}} = -\log_{10}(\vA{0.01}) = \vB{2}$.
2. جد pOH: $\vC{\text{pOH}} = 14 - \vB{2} = 12$.
3. جد تركيز أيونات الهيدروكسيد: $[\text{OH}^-] = 10^{-12} \text{ مول/لتر}$.

الرقم الهيدروجيني 2 حمضي بشدة.

محلول بيكربونات الصوديوم برقم هيدروجيني قدره 9:

1. جد تركيز أيونات الهيدروجين: $\vA{[\text{H}^+]} = 10^{-9} \text{ مول/لتر}$.
2. جد pOH: $\vC{\text{pOH}} = 14 - 9 = 5$.
3. جد تركيز أيونات الهيدروكسيد: $[\text{OH}^-] = 10^{-5} \text{ مول/لتر}$.

الرقم الهيدروجيني 9 قاعدي بشكل معتدل.

العوامل الرئيسية التي يجب مراعاتها

• لأن الرقم الهيدروجيني لوغاريتمي، فإن كل خطوة برقم صحيح واحد تمثل تغيرًا بمقدار عشرة أضعاف في تركيز أيونات الهيدروجين. المحلول ذو الرقم الهيدروجيني 4 أكثر حمضية بعشرة أضعاف من المحلول ذي الرقم الهيدروجيني 5، وأكثر حمضية بمئة ضعف من المحلول ذي الرقم الهيدروجيني 6 — هذا هو سبب أن فرقًا صغيرًا في أرقام الرقم الهيدروجيني يمكن أن يمثل فرقًا حقيقيًا كبيرًا جدًا في الحموضة الفعلية.
• الرقم الهيدروجيني وpOH طريقتان لوصف نفس المحلول، ويجمعان دائمًا إلى 14 عند 25 درجة مئوية. يقترن الرقم الهيدروجيني المنخفض (الحمضي) دائمًا بـ pOH مرتفع، والعكس صحيح — تأتي هذه العلاقة مباشرة من توازن التأين الذاتي للماء نفسه عند درجة الحرارة المرجعية تلك.
• تؤثر درجة الحرارة فعليًا على نقطة التعادل للماء، رغم أن التحول صغير لمعظم الأغراض اليومية. الرقم الهيدروجيني المتعادل للماء النقي هو 7 بالضبط فقط عند 25 درجة مئوية — عند درجات حرارة أخرى، يتحول توازن التأين الذاتي للماء نفسه قليلاً، مما ينقل نقطة التعادل الحقيقية بعيدًا عن 7، رغم أن الفرق عادةً صغير بما يكفي لتجاهله خارج العمل المخبري الدقيق.
• تقاوم المحاليل المنظمة تغير الرقم الهيدروجيني حتى عند إضافة حمض أو قاعدة، بخلاف المحلول البسيط. تعتمد العديد من الأنظمة البيولوجية (مثل دم الإنسان) على التنظيم للحفاظ على الرقم الهيدروجيني ضمن نطاق ضيق ومستقر رغم النشاط الكيميائي المستمر — تحسب هذه الحاسبة الرقم الهيدروجيني لمحلول مباشرة من تركيز أيونات هيدروجين معطى، وليس كيف سيستجيب نظام منظم لحمض أو قاعدة مضافة.

أخطاء شائعة

• نسيان أن الرقم الهيدروجيني لوغاريتمي وليس خطيًا. فرق في الرقم الهيدروجيني قدره 2 (على سبيل المثال، الرقم الهيدروجيني 4 مقابل 6) يمثل فرقًا بمئة ضعف في تركيز أيونات الهيدروجين الفعلي، وليس فرقًا صغيرًا — مقارنة قيم الرقم الهيدروجيني بالطرح البسيط يقلل من حجم الاختلاف الحقيقي بين محلولين.
• افتراض أن الرقم الهيدروجيني 7 متعادل عند كل درجة حرارة. قاعدة “7 متعادل” هي تحديدًا نقطة مرجعية عند 25 درجة مئوية — تتحول نقطة التعادل الخاصة بالماء قليلاً عند درجات حرارة أخرى، لذا يحتاج القياس المخبري الدقيق خارج تلك الدرجة المرجعية إلى تصحيح خاص به.
• الخلط بين الرقم الهيدروجيني وpOH عند قراءة نتيجة مخبرية. الرقم الهيدروجيني يقيس الحموضة مباشرة (كلما قلّ = أكثر حمضية)؛ بينما pOH يقيس الكمية المعاكسة (كلما قلّ = أكثر قاعدية) — إدخال قيمة pOH في حقل يتوقع الرقم الهيدروجيني (أو العكس) يعطي نتيجة تبدو معقولة لكنها تصف النصف الخاطئ من مقياس الحمض-القاعدة.

معلومات مفيدة

• هل تعمل على محلول تم إعداده بتخفيف أو مزج تركيز معروف؟ حاسبة المولارية والتخفيف يجد التركيز المولاري ونتائج التخفيف لمحلول ما.
• هل تحتاج إلى الكتلة المولية لمركب للتحويل بين الجرامات والمولات من الحمض أو القاعدة؟ حاسبة الكتلة المولية يحسب الكتلة المولية لأي صيغة كيميائية.
• هل تحتاج إلى إجراء حساب أوسع يتضمن لوغاريتمات أو أُسسًا بجانب هذا؟ الحاسبة العلمية يتعامل مع اللوغاريتمات والأُسس وحسابات الترميز العلمي الأخرى.