حاسبة الأس الهيدروجيني: تحويل تركيز أيون الهيدروجين إلى قيمة الأس الهيدروجيني عبر الإنترنت

ما حاسبة قيمة الأس الهيدروجيني؟

تحوّل حاسبة قيمة الأس الهيدروجيني تركيز أيونات الهيدروجين إلى قيمة للأس الهيدروجيني. وتستخدم الصيغة pH = -log10([H+])، حيث يمثّل [H+] تركيز أيونات الهيدروجين في محلول، مقاسًا بالمولات لكل لتر (mol/L). وتضع النتيجة المحلول على مقياس الأس الهيدروجيني، الذي يمتد عادةً من 0 إلى 14، وتُظهر ما إذا كان المحلول حمضيًا أو متعادلًا أو قاعديًا.

ما الأس الهيدروجيني؟

الأس الهيدروجيني هو اختصار لعبارة «قوة الهيدروجين». وهو يقيس عدد أيونات الهيدروجين الذائبة في سائل. وأيون الهيدروجين بروتون واحد، ويُكتب H+. ويكون المحلول الذي يحتوي على عدد كبير من أيونات الهيدروجين حمضيًا. أما المحلول الذي يحتوي على عدد قليل منها فيكون قاعديًا، ويُسمى أيضًا قلويًا. ويقع الماء النقي في المنتصف عند أس هيدروجيني مقداره 7، ويُسمى متعادلًا.

يكون تركيز أيونات الهيدروجين عادةً عددًا صغيرًا جدًا، مثل 0.0001 mol/L أو 0.0000001 mol/L. وقد قدّم الكيميائي الدنماركي سورين سورنسن مقياس الأس الهيدروجيني في 1909، لكي يتمكن الكيميائيون من كتابة هذه الأعداد الصغيرة على هيئة قيم بسيطة وسهلة التعامل بدلًا من ذلك.

صيغة الأس الهيدروجيني

صيغة حساب الأس الهيدروجيني هي:

pH = -log₁₀[H+]

• الأس الهيدروجيني هو النتيجة، ويكون عادةً عددًا بين 0 و14.
• [H+] هو تركيز أيونات الهيدروجين، بالمولات لكل لتر (mol/L).
• log₁₀ هو اللوغاريتم للأساس 10.

يعرّف الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) الأس الهيدروجيني استنادًا إلى فعالية أيونات الهيدروجين بدلًا من تركيزها. والفعالية هي التركيز الفعّال بعد أن تتداخل الأيونات مع بعضها. وفي المحاليل المخففة تكون القيمتان متقاربتين، وتستخدم هذه الحاسبة التركيز.

تقلب إشارة الطرح قيمة اللوغاريتم، لذلك يؤدي ازدياد عدد أيونات الهيدروجين إلى انخفاض الأس الهيدروجيني، ويؤدي انخفاضها إلى ارتفاعه. وتسير العلاقة دائمًا في اتجاهين متعاكسين: فارتفاع [H+] يعني انخفاض الأس الهيدروجيني، وانخفاض [H+] يعني ارتفاعه.

لأن الصيغة لوغاريتمية، فإن كل خطوة كاملة على مقياس الأس الهيدروجيني تمثل تغيرًا بمقدار عشرة أضعاف في تركيز أيونات الهيدروجين. ويحتوي محلول عند أس هيدروجيني مقداره 4 على أيونات هيدروجين تزيد عشرة أضعاف عما في محلول عند أس هيدروجيني مقداره 5، وتزيد مئة ضعف عما في محلول عند أس هيدروجيني مقداره 6.

كيفية حساب الأس الهيدروجيني من تركيز أيونات الهيدروجين

1. حدّد تركيز أيونات الهيدروجين، بالمول/لتر.
2. احسب اللوغاريتم للأساس 10 لذلك العدد.
3. اضرب الناتج في -1.

يجب أن يكون التركيز أكبر من 0 mol/L. لوغاريتم 0 غير معرّف، لذلك تطلب الحاسبة إدخال عدد موجب بدلًا من إرجاع نتيجة. وتبدأ الحاسبة بالقيمة [H+] = 1 × 10⁻⁷ mol/L، وهي قيمة الماء النقي عند 25 °C، وتعطي أسًا هيدروجينيًا مقداره 7.00.

المثال 1

يبلغ تركيز أيونات الهيدروجين في محلول ما 1 × 10⁻⁴ mol/L.

pH = -log₁₀(1 × 10⁻⁴) = -(-4) = 4.00

المحلول حمضي لأن أسه الهيدروجيني أقل من 7.

المثال 2

يبلغ تركيز أيونات الهيدروجين في محلول ما 6.3 × 10⁻⁵ mol/L.

pH = -log₁₀(6.3 × 10⁻⁵) ≈ 4.20

هذا المحلول حمضي أيضًا. وهو أقل حمضية قليلًا من المحلول ذي الأس الهيدروجيني 4.00 المذكور أعلاه، لأنه يحتوي على عدد أقل من أيونات الهيدروجين.

مقياس الأس الهيدروجيني: حمضي ومتعادل وقاعدي

• أس هيدروجيني أقل من 7: محلول حمضي (عدد أكبر من أيونات الهيدروجين)
• أس هيدروجيني يساوي 7: محلول متعادل (ماء نقي عند 25 °C)
• أس هيدروجيني أكبر من 7: محلول قاعدي أو قلوي (عدد أقل من أيونات الهيدروجين)

يُعرض المقياس عادةً من 0 إلى 14، لكنه لا يملك حدًا أدنى أو أعلى ثابتًا. فقد تنخفض الأحماض شديدة التركيز إلى أقل من 0، وقد ترتفع القواعد شديدة التركيز إلى أكثر من 14.

يعني ارتفاع قيمة الأس الهيدروجيني دائمًا انخفاض تركيز أيونات الهيدروجين، لا ارتفاعه. فعلى سبيل المثال، يحتوي محلول عند أس هيدروجيني مقداره 4.05 على عدد أقل من أيونات الهيدروجين، يبلغ نحو 8.9 × 10⁻⁵ mol/L، من محلول عند أس هيدروجيني مقداره 4.00، الذي يحتوي على 1.0 × 10⁻⁴ mol/L. ويهم ذلك عند فحص قطب الأس الهيدروجيني باستخدام محلول منظم مرجعي. فإذا قرأ جهاز القياس أسًا هيدروجينيًا مقداره 4.05 بدلًا من الأس الهيدروجيني المتوقع 4.00 للمحلول المنظم، فهذا يعني أنه يسجل عددًا أقل قليلًا من أيونات الهيدروجين مقارنةً بما يحتويه المحلول المنظم فعليًا، وقد يحتاج القطب إلى إعادة المعايرة.

الأسئلة الشائعة

كيف تحسب الأس الهيدروجيني من تركيز أيونات الهيدروجين؟

احسب اللوغاريتم للأساس 10 لتركيز أيونات الهيدروجين بالمول/لتر، ثم اضرب الناتج في -1. عندما يكون [H+] = 1 × 10⁻⁵ mol/L، فإن pH = -log₁₀(10⁻⁵) = 5.00.

ما الفرق بين الأس الهيدروجيني وتركيز أيونات الهيدروجين؟

يصفان الخاصية نفسها بصيغتين مختلفتين. فـ[H+] هو تركيز، بوحدة المول/لتر. والأس الهيدروجيني هو اللوغاريتم السالب لذلك التركيز للأساس 10. ويحوّل مقياس الأس الهيدروجيني أعداد التركيز الصغيرة جدًا إلى قيم بسيطة، تتراوح تقريبًا بين 0 و14.

هل يعني ارتفاع الأس الهيدروجيني وجود عدد أكبر أم أقل من أيونات الهيدروجين؟

عدد أقل. بسبب إشارة الطرح في الصيغة، يتحرك الأس الهيدروجيني وتركيز أيونات الهيدروجين في اتجاهين متعاكسين. فارتفاع الأس الهيدروجيني يقترن دائمًا بانخفاض [H+]، وانخفاضه يقترن دائمًا بارتفاع [H+].

هل يمكن أن يكون الأس الهيدروجيني سالبًا أو أكبر من 14؟

نعم، رغم أن ذلك غير شائع. فقد يكون للأسـيد شديدة التركيز أس هيدروجيني أقل من 0، وقد يكون للقواعد شديدة التركيز أس هيدروجيني أكبر من 14. وتقع معظم المحاليل اليومية بين 0 و14.

ما الأس الهيدروجيني للماء النقي؟

يبلغ الأس الهيدروجيني للماء النقي 7.00 عند 25 °C، ويبلغ تركيز أيونات الهيدروجين فيه 1 × 10⁻⁷ mol/L. وتُعرّف هذه الحالة بأنها متعادلة، وتقع في منتصف المسافة بين الحمضية والقاعدية على المقياس القياسي.

هل تؤثر درجة الحرارة في حساب الأس الهيدروجيني؟

لا تتغير الصيغة pH = -log₁₀[H+] بتغير درجة الحرارة. لكن تركيز أيونات الهيدروجين في الماء المتعادل يتغير مع درجة الحرارة، لذلك تنحرف قيمة الأس الهيدروجيني التي تُعد متعادلة قليلًا عن 7.00 عند درجات حرارة غير 25 °C.