| التاريخ بدأ تاريخ قياس حموضة السوائل كهربائيًا في عام 1906 عندما اكتشف ماكس كريمر في دراساته للواجهات السائلة [1] (التفاعلات بين السوائل والمواد الصلبة) أنه يمكن دراسة الواجهة بين السوائل عن طريق نفخ فقاعة رقيقة من الزجاج ووضع واحد السائل داخله وخارج آخر. خلقت إمكانات كهربائية يمكن قياسها. |
تم أخذ هذه الفكرة أكثر من قبل فريتز هابر (الذي اخترع تركيب الأمونيا والأسمدة الاصطناعية) و Zygmunt Klemsiewicz [2] الذين اكتشفوا أن المصباح الزجاجي (الذي سماه قطب زجاجي ) يمكن استخدامه لقياس نشاط أيون الهيدروجين وهذا يتبع دالة لوغاريتمية.
ثم اخترع الكيميائي الحيوي الدنماركي سورين سورنسن مقياس الأس الهيدروجيني في عام 1909.
نظرًا لأن المقاومة في جدار الزجاج عالية جدًا ، عادةً ما بين 10 و 100 ميجا أوم ، لا يمكن قياس جهد القطب الزجاجي بدقة حتى يتم اختراع الأنابيب الإلكترونية. في وقت لاحق ، جعل اختراع الترانزستورات ذات التأثير الميداني (FETs) والدوائر المتكاملة (ICs) مع تعويض درجة الحرارة ، من الممكن قياس جهد القطب الكهربائي بدقة. عادة ما يكون الجهد الناتج عن وحدة الأس الهيدروجيني (على سبيل المثال من الرقم الهيدروجيني = 7.00 إلى 8.00) حوالي 60 مللي فولت (ملي فولت). تحتوي عدادات الأس الهيدروجيني الحالية على معالجات دقيقة تقوم بإجراء التصحيحات اللازمة لدرجة الحرارة والمعايرة. ومع ذلك ، لا تزال عدادات الأس الهيدروجيني الحديثة تعاني من الانحراف (التغييرات البطيئة) ، مما يجعل من الضروري معايرتها بشكل متكرر.
كما تم إدخال تحسينات على كيمياء الزجاج بحيث يمكن وقف التلوث بالملح والهالونات. تم استبدال القطب المرجعي ، الذي يستخدم تقليديًا كلوريد الفضة (AgCl) بواسطة قطب kalomel (كلوريد الزئبق ، HgCl2) الذي يستخدم كلوريد الزئبق (HgCl) في محلول كلوريد البوتاسيوم (KCl) كجل (مثل الجيلاتين). لكن الأقطاب الكهربائية ليس لها حياة أبدية وتحتاج إلى استبدالها عندما تنجرف بشكل غير مقبول أو تستغرق وقتًا طويلاً بشكل غير عادي لتستقر.
[1] Cremer M (1906): Z. Biol، 47، 562
[2] Haber F and Z Klemensiewicz (1909): Z. Physik. كيم ، 67 ، 385
يقيس مقياس الأس الهيدروجيني بشكل أساسي الجهد الكهروكيميائي بين سائل معروف داخل القطب الزجاجي (الغشاء) وسائل غير معروف في الخارج. لأن المصباح الزجاجي الرقيق يسمح بشكل أساسي لأيونات الهيدروجين الرشيقة والصغيرة بالتفاعل مع الزجاج ، يقيس قطب الزجاج الإمكانات الكهربائية الكيميائية لأيونات الهيدروجين أو إمكانات الهيدروجين . لإكمال الدائرة الكهربائية ، هناك حاجة أيضًا إلى قطب كهربائي مرجعي. لاحظ أن الجهاز لا يقيس التيار ولكن الجهد الكهربائي فقط ، ولكن هناك حاجة إلى تسرب صغير للأيونات من القطب المرجعي ، لتشكيل جسر موصل إلى القطب الزجاجي. وبالتالي يجب عدم استخدام مقياس الأس الهيدروجيني في نقل السوائل ذات الموصلية المنخفضة (وبالتالي يفضل القياس داخل حاويات صغيرة).
 يقيس مقياس الأس الهيدروجيني الجهد الكهربائي (اتبع الرسم على مدار الساعة من العداد) بين كلوريد الزئبق للقطب المرجعي وسائل كلوريد البوتاسيوم ، والسائل غير المعروف ، والحل داخل القطب الزجاجي ، والقدرة بين ذلك المحلول و القطب الفضي. لكن فقط الجهد بين السائل غير المعروف والحل داخل القطب الزجاجي يتغير من عينة إلى أخرى. لذا يمكن معايرة جميع الإمكانات الأخرى خارج المعادلة. |
يتكون القطب المرجعي كالوميل من أنبوب زجاجي مع إلكتروليت كلوريد البوتاسيوم (KCl) الذي يكون على اتصال وثيق مع عنصر كلوريد الزئبق في نهاية عنصر KCL. إنه بناء هش ، يربطه طرف تقاطع سائل مصنوع من السيراميك المسامي أو مادة مماثلة. هذا النوع من الأقطاب الكهربائية لا "يُسمم" بسهولة بالمعادن الثقيلة والصوديوم.
يتكون القطب الزجاجي من أنبوب زجاجي قوي مع لمبة زجاجية رقيقة ملحومة به. يوجد في الداخل محلول معروف لكلوريد البوتاسيوم المخزن عند درجة حموضة 7.0. قطب الفضة مع طرف كلوريد الفضة يجعل الاتصال مع الحل الداخلي. لتقليل التداخل الإلكتروني ، يتم حماية المسبار بغطاء من الرقائق ، وغالبًا ما يوجد داخل القطب الزجاجي.
تحتوي معظم أجهزة قياس درجة الحموضة الحديثة أيضًا على مسبار درجة حرارة الثرمستور الذي يسمح بالتصحيح التلقائي لدرجة الحرارة ، لأن درجة الحموضة تختلف إلى حد ما مع درجة الحرارة.
| الماء هو المادة الأكثر أهمية والأعجوبة على الأرض. تشكل جزيئاتها HOH شكل يرتد مع نهاية O- سلبية قليلاً ونهاية H2 + مشحونة بشكل إيجابي قليلاً. تنجذب هذه البوميرانج المشحونة إلى بعضها البعض ، وتشكل جزر من التماسك ، مثل الماء الذي يشكل سائلًا في درجات الحرارة حيث تزدهر الحياة ، في حين أنه كان يجب أن يكون غازًا متطايرًا للغاية مثل كبريتيد الهيدروجين (H2S) الذي له ضعف وزنه الجزيئي تقريبًا. على سطح الأرض ، يحدث الماء في شكل صلب (جليد) ، سائل (ماء) وشكل غازي (بخار أو بخار الماء). تتعايش جميع المراحل الثلاث في المناطق الباردة. كما أن الماء فريد من نوعه لأنه حمض (مع أيونات H +) وغسول (مع أيونات OH). وبالتالي فهي حمضية وأساسية (قلوية) في نفس الوقت ، مما يجعلها محايدة تمامًا لأن عدد أيونات H + يساوي عدد أيونات الهيدروجين. بسبب تماسكها القوي ، فإن القليل من جزيئات الماء تنفصل (تنقسم) في أيوناتها المكونة: أيونات الهيدروجين (H +) وأيونات الهيدروكسيل (OH-). سيصر الكيميائيون على أن أيونات H + هي في الحقيقة أيونات H3O + أو أيونات الهيدرونيوم. مع العلم أن مولار واحد من الماء يزن 18 جرامًا (1 + 1 + 16) ، وهو ما يعادل 18 مل ، وأن هذه الكمية تحتوي على عدد كبير جدًا من الجزيئات [1] ، يتم فصل 0.1 مليون جزء فقط (10 -7 ) مول في لتر واحد. من الماء (الرقم الهيدروجيني = 7). [2] يرجع الفرق المحتمل بين الجزء الداخلي من القطب الزجاجي والخارجي إلى أكاسيد السيليكون الموجودة بجانب الزجاج: بمجرد إنشاء التوازن الأيوني ، يتم إعطاء الفرق المحتمل بين الجدار الزجاجي والحل بواسطة المعادلة: على الرغم من أن الأقطاب الزجاجية الحديثة للأس الهيدروجيني شهدت تحسينات كبيرة ، إلا أنها لا تزال لا تحب بعض المواد منخفضة في أيونات H + ، مثل هيدروكسيدات قلوية (NaOH و KOH) ، ماء مقطر نقي ، مواد حفر مثل الفلورايد ، مواد ممتصة مثل المعادن الثقيلة والبروتينات. تحتوي معظم أجهزة قياس درجة الحموضة الحديثة على مستشعرات حرارة مدمجة لتصحيح انحراف درجة الحرارة تلقائيًا لإعطاء القيم كما لو تم أخذها عند درجة حرارة قياسية تبلغ 25 درجة مئوية. لا تتأثر القراءة بدرجة الحرارة عند الرقم الهيدروجيني = 7.00 ولكن خارج هذا بمقدار 0.003 لكل درجة مئوية. وبالتالي فإن درجة الحموضة المأخوذة عند 5 درجة مئوية (20 درجة بعيدة عن 25 درجة مئوية) ، والتي تظهر 4.00 يجب تصحيحها لأسفل بمقدار 0.003 × 20 × 3.00 = 0.18. وبالمثل يجب تصحيح قيمة الرقم الهيدروجيني 10.00 لأعلى بهذا المبلغ. |
تعتمد العناية بمقياس الأس الهيدروجيني على أنواع القطب المستخدم. دراسة توصيات الشركة المصنعة. عند الاستخدام المتكرر ، من الأفضل الحفاظ على رطوبة القطب ، لأن ترطيب القطب الجاف يستغرق وقتًا طويلًا ، مصحوبًا بانحراف الإشارة. ومع ذلك ، لا تمانع أجهزة قياس درجة الحموضة الحديثة في تجفيف أقطابها شريطة أن يتم شطفها جيدًا في ماء الصنبور أو كلوريد البوتاسيوم. عند الرحلة الاستكشافية ، وقياس مياه البحر ، يمكن ترك مقياس الأس الهيدروجيني رطبًا بمياه البحر. ومع ذلك ، لفترات طويلة ، يوصى بترطيبها بمحلول كلوريد البوتاسيوم عند الرقم الهيدروجيني = 4 أو في الرقم الهيدروجيني للمعايرة الحمضية 4.01. لا تحب عدادات الرقم الهيدروجيني تركها في الماء المقطر.
لاحظ أن مسبار الأس الهيدروجيني يحافظ على رطوبته في محلول حمضي ، ويمكن أن يؤثر على النتائج عندما لا يتم شطفه قبل إدخاله في قارورة الاختبار. تذكر أن سائل الأس الهيدروجيني = 4 يحتوي على 10000 أيون هيدروجين أكثر من سائل الأس الهيدروجيني = 8. وبالتالي فإن قطرة واحدة من الرقم الهيدروجيني = 4 في قارورة قياس 400 قطرة من الرقم الهيدروجيني = 8 يزعج المقاييس حقًا! تذكر أيضًا أن حلول المعايرة تتكون من مخازن كيميائية "تحاول" الحفاظ على مستويات الأس الهيدروجيني ثابتة ، لذا فإن تلوث قارورة الاختبار بمخزن مؤقت أمر خطير حقًا.
[1] ثابت Avogadro هو 602،213،670،000،000،000،000،000 (602.214 مليار تريليون) أو 6.02E23 ، على اسم Amedeo Avogadro. يحتوي مول واحد من مادة كيميائية على هذا العدد من الجزيئات. أميديو أفوجادرو (1776-1856) كان فيزيائيًا إيطاليًا. اقترح في عام 1811 فرضيته الشهيرة ، المعروفة الآن باسم قانون أفوغادرو. نص القانون على أن الأحجام المتساوية لجميع الغازات في نفس درجة الحرارة والضغط تحتوي على نفس عدد الجزيئات. ميز أفوجادرو أيضًا بين الذرة والجزيء ، وجعل من الممكن تحديد جدول صحيح للأوزان الذرية.
[2] كثيرًا ما نستخدم في موقع Seafriends على الويب التدوين الأسي E ، مثل 2.34E-4 يعني 2.34 x 10 -4 .
| 0 | 5 ٪ حامض الكبريتيك ، H2SO4 ، حمض البطارية. |
| 1 | 0.1 ن حمض الهيدروكلوريك ، حمض الهيدروكلوريك (1.1) |
| 2 | عصير ليمون. خل (2.4-3.4) |
| 3 | نبيذ (3.5-3.7) |
| 4 | عصير البرتقال. عصير التفاح (3.8). بيرة. طماطم. |
| 5 | جبن. قهوة سوداء. مياه الأمطار 5.6. |
| 6 | حليب. الأسماك (6.7-7). دجاج (6.4-6.6). |
| 7 | محايد: عدد متساوٍ من أيونات الهيدروجين والهيدروكسيل. الدم (7.3-7.4). الماء المقطر بدون ثاني أكسيد الكربون بعد الغليان. |
| 8 | مياه البحر (8.1). بياض البيضة. |
| 9 | البوراكس. صودا الخبز. |
| 10 | حليب المغنيسيا ، هيدروكسيد المغنيسيوم Mg (OH) 2. |
| 11 | الأمونيا المنزلية |
| 12 | مطور فوتوغرافي ، مبيض منزلي |
| 13 | منظف الأفران |
| 14 | NaOH صوديوم الصوديوم ، 1 مول / لتر. |
