مؤشر الرقم الهيدروجيني

مؤشر الرقم الهيدروجيني أو المُشْعِر (بالإنجليزية: pH indicator) هي مادة كيميائية تمتلك خاصية التلون الحمضي مما يمكن التعرف على الرقم الهيدروجيني بسهولة لمحلول ما عند إضافتها إليه، سواء أكان حامضي أو قاعدي. وبمعنى آخر فإن مؤشر الرقم الهيدروجيني هو كاشف كيميائي عن أيونات الهيدروجين. وعادة ما يؤدي إضافة هذه المادة إلى تغيير لون المحلول تبعا لرقمه الهيدروجيني.

تتكون مؤشرات الرقم الهيدروجيني عادة من أحماض أو قواعد ضعيفة والتي ترتبط عند إضافتها إلى المحلول بأيونات الهيدروجين أو أيونات الهيدوركسيد. وينتج تغير اللون من التشكيلات المختلفة التي يمكن أن يرتبط بها المؤشر بهذه الأيونات.

نظرا لأن نتيجة فحص المحاليل باستخدام هذا المؤشر تعتمد على تحديد اللون الناتج عن الإضافة فإن النتيجة لا تكون ذات دقة عالية. ويلجأ عن الحاجة إلى دقة أكبر في معرفة الرقم الهيدروجيني إلى مقاييس الحموضة.

تسخدم مؤشرات الرقم الهيدروجيني عادة في عمليات المعايرة الكيميائية في تجارب الكيمياء التحليلية والعلوم الحياتية لمعرفة مدى تقدم التفاعل الكيميائي.

يبين الجدول التالي عدد من مؤشرات الرقم الهيدروجيني المستخدمة في المخابر. عند الكشف عن محاليل ذات رقم هيدروجيني متوسط بين مدخليين من مدخلات الجدول فإن اللون الناتج يكون متوسطا بين اللونين. فعلى سبيل المثال، عند الكشف باستخدام الفينول الأحمر على محلول ذي رقم هيدروجيني بين 6.6 و 8.0 يكون اللون الناتج برتقاليا. وكذلك فإن التغيير في اللون قد يعتمد على عوامل خارجية عدا عن الرقم الهيدروجيني كتركيز المؤشر في المحلول ودرجة الحرارة التي يستعمل عندها.

المـؤشــراللون عند رقمهيدروجيني منخفضمدى التحول(تقرييبي)اللون عند رقمهيدروجيني عــالي

ميثيل بنفسجي	أصفر	1.6 — 0.0	أزرق-بنفسجي
أخضر المالكيت	أصفر	1.8 — 0.2	أزرق-أخضر
أزرق الثايمول (حمض - تحول أول)	أحمر	2.8 — 1.2	أصفر
أصفر الميثيل (في الإيثانول)	أحمر	4.0 — 2.9	أصفر
أزرق البروموفينول	أصفر	4.6 — 3.0	بنفسجي
أحمر الكونغو	أزرق	5.2 — 3.0	أحمر
برتقالي الميثيل	أحمر	4.4 — 3.1	أصفر
برتقالي الميثيل في محلول زايلين الكايانول	أرجواني	4.2 — 3.2	أخضر
أخضر البروموكريسول	أصفر	5.4 — 3.8	أزرق
أحمر الميثيل	أحمر	6.3 — 4.2	أصفر
ورق عباد الشمس (أزولتمين)	أحمر	8.3 — 4.5	أزرق
بنفسجي البروموكريسول	أصفر	6.8 — 5.2	بنفسجي
أزرق البروموثايمول	أصفر	7.6 — 6.0	أزرق
أحمر الفينول	أصفر	8.0 — 6.6	أحمر
الأحمر المتعادل	أحمر	8.0 — 6.8	أصفر
أزرق الثايمول (قاعدة - تحول ثاني)	أصفر	9.6 — 8.0	أزرق
فينولفثالين	عديم اللون	10.0 — 8.2	زهري
ثايمولفثالين	عديم اللون	10.6 — 9.4	أزرق
أصفر الأليزارين أر	أصفر	12.0 — 10.1	برتقالي-أحمر
نيلة قرمزية	أزرق	13.0 — 11.4	أصفر

• المؤشر العام وورق الهيدورن هي عبارة عن خليط من مؤشرات مخلتفة تنتج تحولا تدريجيا على مدى واسع من الأرقام الهيدروجينية.
  
• الأضباغ الزهرية أو الأنثوسيانين هي نوع من المركبات توجد في العديد من النباتات تبدو بلون أحمر في المحاليل الحامضية وأزرق في القاعدية. وتعتبر عملية استخلاص الأصباغ الزهرية من أوراق الملفوف لعمل مؤشر تقريبي لدرجة الحموضة من التجارب الشائعة في الكيمياء.
  

ومن مؤشرات الرقم الهيدروجيني الطبيعية: الشمندر والعنب البري والجزر والكرز ومسحوق الكري وبتلات نبات الدانج وبتلات الغرنوق والعنب وأوراق الكستناء وبهجة الصباح (نبات) والبصل وبتلات زهرة الثالوث وبتلات زهرة البتونيا والشاي والزعتر والفراولة وغيرها.

دليل شوارد الهيدروجين (الأس الهيدروجيني) أو درجة الحموضة أو الباهاء أو القوة الهيدروجينية (بالإنكليزية: power of hydrogen or pH) ويرمز لها بالرمز pH هي القياس الذي يحدد ما إذا كان السائل حمضا أم قاعدة أم متعادلا. تعتبر السوائل ذات درجة حموضة أقل من 7 أحماضا وتعتبر السوائل ذات درجة حموضة أعلى من 7 محلولا قلويا أو قواعد. أما درجة الحموضة 7 فهي تعتبر متعادلة وهي تساوي حموضة الماء النقي على درجة حرارة 25 مئوية. ويمكن معرفة درجة حموضة أي محلول باستخدام مؤشر الرقم الهيدروجيني
درجة الحموضة (يسمونها أحيانا الرقم الهيدروجيني) هي سالب لوغاريثم تركيز أيون الهيدروجين في محلول ما ويشير الي درجة حموضة ذلك المحلول ، ويمكن قياسه عن طريق مؤشر الرقم الهيدروجيني.
محتويات [أخف]
1 تعريف pH الرياضي
2 تاريخه
3 حساب pOH
4 مقياس الباهاء
5 طرق قياس pH
5.1 الفلتمتر
5.2 مقحل حقلي حساس
5.3 تعيين الباهاء بكاشف لوني
6 اقرأ أيضا
7 مراجع
8 وصلات خارجية
[عدل]تعريف pH الرياضي
يستخدم القانون اللوغاريتمي لتحديد قيمة pH بدون وحدات:

حيث aH يمثل نشاط ايونات الهيدروجين.
كما تُعرف صياغات أخرى نجدها في مختلف الكتب والمقالات:
or also
وكل تلك الصياغات صحيحة .
بالنسبة إلى المحاليل المخففة يعادل الباهاء pH اللوغاريتم السالب (في النظام العشري) لتركيز c أيونات الهيدروجين (H3O+) بوحدة مول/لتر، وتسمى أيونات الهيدروجين الموجبة الشحنة أحيانا أيون أوكسونيوم Oxonium :
or
[عدل]تاريخه

أدخل العالم الدانمركي سورين سورينسن عام 1909 أس أيون الهيدروجين لحساب قيمة pH+ لتركيز أيونات الهيدروجين Cp=10−pH+
وكان يعين القيم pH+ بواسطة قياسات كهربية . ثم أصبحت طريقة كتابة pH+ هي السائدة حتى وقتنا الحاضر لقيمة pH . وقد استخدم سورنسن حرف H للتعبير عن أيونات الهيدروجين ، كما استخدم حرف p عشوائيا كمؤشر لقياساته على السوائل . [1][2]
ثم تحول الحرف p في pH إلى كلمة Potenz بمعني قوة أو أس '[1][3]
وبعد ذلك ادخلت فاعلية أيون الهيدروجين للتعبير عن مقياس للهاباء . وهي تعتمد على طريقة قياس معينة يجب اتباعها وتستخدم محاليلا مرجعية ذات مواصفات ثابتة ، ومنها أصبح قياس قيمة pH محددا لجميع المختبرات . [4] وتتيح تلك الطريقة القياس اتقان القياس و ثبات القيم عند إعادة القياسات ، وهي تتيح في نفس الوقت أمكانية مقارنة محاليل مختلفة بدقة .
وعند الحديث عن أيونات الهيدروجين (H+) أو أس أيونات الهيدروجين فيعود ذلك إلى تفاعل حمض-قلوي طبقا لأرهنيوس . أما في وقتنا الحاضر فأصبحنا تستخدم تفاعل حمض-قاعدة طبقا لبرونستد وكذلك استخدام أيون الأوكسونيوم (H3O+ ، وهو أيون يتكون من جزيئ ماء بعد تفاعله مع عاطي بروتون يأخذ منه بروتونا ، ويعتبر جزيئ الماء هذا الذي انتزع بروتونا من عاطي بروتون آخذ بروتون.
[عدل]حساب pOH

مثلما قمنا بحساب أس الهيدروجين فيعرف أيضا أس الهيدروكسيل أو القيمة pOH . فهما متعلقان ببعضهما البعض . و قيمة pOH هي سالب أس اللوغاريتم العشري لجزيئات الهيدروكسيل النشطة OH− . ويقاس نشاط OH− بوحدة مول/لتر أيضا.في نفس الوقت بينت التجربة أن أيون الهيدروجين (H+) لا يوجد منفردا في الماء وأنما يقترن بأحد جزيئات الماء ويتكون أيون أوكسونيوم (H3O+) ولكن هذا لا يغير من الأمر شيئا ، ولكن نذكر ذلك بغرض استخدام المعادلات المتاحة الآتية .


مقياس الهاباء pH للتوضيح في المدارس :الأحمر النطاق الحمضي ، والأزرق :النطاق القاعدي . ويلاحظ أن .
العلاقة بين pH و pOH :
يرتبط نشاطي أس الهيدروجيني والأس الهيدروكسيلي بمعادلة التفاعل:

هذا تفاعل عكوس ويتميز بثابت توازن :

وبأخذ اللوغاريثم للأساس 10 السالب نحصل على :

أي أن التركيزان مرتبطان ببعضهما البعض بحيث تكون :
-
ونظرا لأن نشاط الماء في المحلول المخفف نعتبره 1 ، فيكون لوغاريتمه صفرا . ونحصل على ثابت التوازن في الظروف العادية لدرجة الحرارة والضغط ، أي عند 25 درجة مئوية و الضغط الجوي العادي :
KW = 10−14
, أي أن العلاقة بين pH و pOH هي:

[عدل]مقياس الباهاء

يتفكك بعض جزيئات الماء النقي من ذاتها . ويتكون أيون أوكسونيوم H3O+ وأيون هيدروكسيد (OH− ). ويوصف الماء H2O بأنه يمكن أن يتفاعل كحمض ويكون عاطي بروتون أو أن يتفاعل كقاعدة قلوية ويكون في تلك الحالة آخذ بروتون .

هذا التفاعل هو تفاعل عكوس أي يسير في اتجاهين ويتميز بحالة توازن ، ويميل التوازن لصالح الماء . ويبلغ حاصل ضرب تركيز الأيونات لهذا التفاعل عند درجة حرارة 25 درجة مئوية (أو 298 كلفن) نحو 10−14 مول2 لتر−2. ويعتمد هذا التوازن بشدة على درجة الحرارة.
وبسبب تواجد أيونات الماء هذه في الماء يمكن للماء توصيل الكهرباء وإن كانت تلك الخاصية منخفضة .
تعطينا معادلة التفاعل السابقة ثابت التوازن:
KW = c(H3O+) · c(OH−) = 10−14 مول2/لتر2
وتنقسم قيم الأس الهيدروجيني pH للمحاليل المخففة إلى:
pH < 7 محلول مائي "حمضي" وتكون -cH3O+ > cOH
pH = 7 محلول مائي متعادل cH3O+ = cOH; وهي صفة الماء النقي ،
pH > 7 محلول مائي قلوي وتكون cH3O+ < cOH
[عدل]طرق قياس pH

تستخدم عدة طرق لتعيين الباهاء.
الفلتمتر
تعتمد طريقة معظم الأجهزة المستخدمة على طريقة الفولتمتر. وفيها تُملأ كرة عشائية زجاجية بمحلول منظم وعغطس في المحلول المراد قيسه . ونظرا لميول أيونات الهيدروجين للالتصاق بالطبقة الرقيقة من السيليكات لسح الزج ، ينشأ جهد كهربائي بحسب فرق الباهاء بين داخل وخارج الكرة الزجاجية . وتقاس تلك القوة الدافعة الكهربائية بواسطة قطبين مرجعيين ، أحدهما داخل الكرة الزجاجية والآخر خارجها في محلول العينة المراد قياس الباهاء لها . (أنظر إلكترود pH.
[عدل]مقحل حقلي حساس
عمل المقحل الحقلي يشبه عمل قطب الكرة الزجاجية . تتركم أيونات الهيدروجين على السطح الحساس لغشاء المدخل Gate Membran للمقحل ISFET فينشأ جهد كهربائي عليه ، مما يغير مرور التيار الكهربائي في الترانسيستور. ويمكن تحويل ذلك التغير إلى إشارة كهربية بواسطة جهاز مناسب بحيث تعطي قيمة الباهاء.
[عدل]تعيين الباهاء بكاشف لوني
يمكن تعيين الأس الهيدروجيني لمحلول بواسطة استخدام طريقة مقارنة اللون تستخدم فيها كواشف لونية.(أنظر مؤشر الأس الهيدروجيني)