دليل شوارد الهيدروجين (الأس الهيدروجيني[1][2] أوالرقم الهيدروجيني أودرجة الحموضة أوباهاء[3] أوالحُمُوضِيَّة[4]) ويرمز لها بالرمزpH هي القياس الذي يحدد ما إذا كان السائلحمضياً أمقاعدياً أم متعادلاً. تعدّ السوائل ذات درجة حموضة أقل من 7أحماضا وتعدّ السوائل ذات درجة حموضة أعلى من 7 محاليل قلوية أوقواعد. أما درجة الحموضة 7 فهي تعدّ متعادلة وهي تساوي الأس الهيدروجينيللماء النقي عنددرجة حرارة 25مئوية. ويمكن معرفة درجة حموضة أي محلولٍ باستخداممؤشر الرقم الهيدروجيني.
يمكن تتبع مقياس الرقم الهيدروجيني لمجموعة من المحاليل القياسية التي يتم تحديد درجة حموضتها من خلال اتفاق دولي.[5] يتم تحديد القيم القياسية لرقم الهيدروجيني الأساسي باستخدام خلية تركيز مع التحول، من خلال قياس الفرق المحتمل بين القطب الهيدروجيني والقطب القياسي مثل قطب كلوريد الفضة. يمكن قياس الرقم الهيدروجيني للمحاليل المائية بقطب زجاجي ومقياسدرجة الحموضة أو مؤشر.
كما تُعرف صياغات أخرى نجدها في مختلف الكتب والمقالات:
or also
وكلّ تلك الصياغات صحيحة.
بالنسبة إلى المحاليل المخففة يعادلالباهاء pH اللوغاريتم السالب (في النظام العشري)لتركيز (c) أيونات الهيدروجين (H3O+) بوحدةمول/لتر، وتسمى أيونات الهيدروجين الموجبة الشحنة أحيانًاأيون الأوكسونيوم Oxonium :
أدخل العالمالدانمركيسورين سورينسن عام 1909 أس أيون الهيدروجين لحساب قيمة pH+ لتركيز أيونات الهيدروجينCp=10−pH+
وكان يعين القيم pH+بواسطة قياسات كهربية، ثمّ أصبحت طريقة كتابة pH+ هي السائدة حتى وقتنا الحاضر لقيمة pH، وقد استخدم سورنسن حرف H للتعبير عن أيونات الهيدروجين، كما استخدم حرف p عشوائيًاكمؤشر لقياساته على السوائل.[6][7]
ثم تحول الحرف p في pH إلى كلمة Potenz بمعني قوة أوأس.'[6][8]
وبعد ذلك أدخلتفاعلية أيون الهيدروجين للتعبير عن مقياس الهاباء. وهي تعتمد على طريقة قياس معينة يجب اتباعها وتستخدم محاليل مرجعية ذات مواصفات ثابتة، ومنها أصبح قياس قيمة pH محددًا لجميع المختبرات.[9]وتتيح تلك الطريقة للقياس اتقان القياس وثبات القيم عند إعادة القياسات، وتتيح في نفس الوقت إمكانية مقارنة محاليل مختلفةٍ بدقة.
وعند الحديث عن أيونات الهيدروجين (H+) أو أس أيونات الهيدروجين في محلول فيعود ذلك إلىتفاعل حمض-قلوي طبقًا لأرهنيوس. أما في وقتنا الحاضر فأصبحنا نستخدم تفاعل حمض-قاعدة طبقًا «لبرونستد»، وكذلك استخدامأيون الأوكسونيوم (H3O+، وهو أيون يتكون منجزيءماء بعد تفاعله مععاطي بروتون يأخذ منه بروتونًا، فيصبح تركيب هذا الجزيء 1 أكسجين و3 هيدروجين، بالمقارنة بجزيء الماء المتكون من 1ذرة أكسجين و2 هيدروجين. ويعدّ جزيء الماء هذاآخذ بروتون حيث انتزع بروتونًا منعاطي بروتون.
مثلمًا قمنا بحساب أس الهيدروجين فيعرف أيضًاأس الهيدروكسيد أو القيمة pOH، فهما متعلقان ببعضهما البعض. وقيمة pOH هي سالب أس اللوغاريتم العشري لجزيئات الهيدروكسيد النّشطةOH−. ويقاس نشاط OH− بوحدةمول/لتر أيضًا. في نفس الوقت، بيِّنت التجربة أن أيون الهيدروجين (H+) لا يوجد منفردًا في الماء وإنّما يقترن بأحد جزيئات الماء ويتكوّنأيون أوكسونيوم (H3O+) ولكن هذا لا يغير من الأمر شيئًا، ولكن نذكر ذلك بغرض استخدام المعادلات المتاحة الآتية.
مقياس الهاباء pH للتوضيح في المدارس :الأحمر النطاق الحمضي، والأزرق: النطاق القاعدي. ويلاحظ أن.
ونظرًا لأن نشاط الماء في المحلول المخفف نعتبره 1 ، فيكون لوغاريتمه صفرًا. ونحصل علىثابت التوازن في الظروف العادية لدرجة الحرارة والضغط، أي عند 25درجة مئوية والضغط الجوي العادي:
هذا التفاعل هوتفاعل عكوس أي يسير في اتجاهين ويتميز بحالة توازن، ويميل التوازن لصالح الماء. ويبلغ حاصل ضرب تركيز الأيونات لهذا التفاعل عند درجة حرارة 25درجة مئوية (أو 298كلفن) نحو10−14مول2لتر−2. ويعتمد هذا التوازن بشدة علىدرجة الحرارة.
وبسبب تواجد أيونات الماء هذه في الماء يمكن للماء توصيل الكهرباء وإن كانت تلك الخاصية منخفضة.
تعتمد طريقة معظم الأجهزة المستخدمة على طريقة الفولتمتر. وفيها تُملأ كرة غشائية زجاجيةبمحلول منظم وتغطس في المحلول المراد قياسه. ونظرا لميول أيونات الهيدروجين للالتصاق بالطبقة الرقيقة منالسيليكات لسطح الزجاج ينشأجهد كهربائي بحسب فرق الPH بين داخل وخارج الكرة الزجاجية. وتقاس تلكالقوة الدافعة الكهربائية بواسطة قطبين مرجعيين، أحدهما داخل الكرة الزجاجية والآخر خارجها في محلول العينة المراد قياس الPH لها. (أنظرإلكترود pH.
عملالمقحل الحقلي يشبه عمل قطب الكرة الزجاجية. تتراكم 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 في التيار إلى إشارة كهربية بواسطة جهاز مناسب بحيث تعطي قيمة الPH مباشرة.
يكون نطاق وجود PH فيدم الإنسان وفي باقي سوائل الخلايا محدودًا. ويضبط PH في الدم عن طريق نظام معقد منثاني أكسيد الكربون الذائب ومن أملاحوبروتينات ، وهي تسمىمحلول منظم دموي. وفي الدم الشرياني تكون قيمة الباهاء بين 7,35 - 7,45. وتؤثر قيمة PH في الدم علىالهيموجلوبين: كلما انخفضت قيمة PH كلما نقصت كميةالأكسجين التي يمكن للدم احتواءها (تأثير بور). فإذا انخفض حمض الكربونيك أثناء التنفس في الدم فإنالهموجلوبين يفصل أكسجين. وعندما يحدث العكس، عندما يخرج ثاني أكسيد الكربون منالرئتين ترتفع قيمة PH في الدم وبالتالي ترتفع قابلية الهموجلوبين لأحتواء أكسجين.
كذلك PH أهمية بالنسبة لتناسل الإنسان. فبينما تكون سوائل المرأة حمضية لقتل البكتريا الضارة يكون سائلالحيوان المنوي قلوي. ويحدث تعادلهما أثناء الجماع الجنسي فتكون الظروف ملائمة لحركة الحيوانات المنوية للبحث عن البويضة وتخصيبها.
كما أن بشرة الإنسان تكون حمضية قليلًا حيث يكون الأس الهايدروجيني 5.5 ويقي ذلك الغطاء (العرق) الحمضي من البكتيريا الضارة. وعند استخدامالصابون وهو يكون عادة قاعدي وبعد التجفيف فهذا يبعد الطبقة الدهنية والطبقة الحمضية الواقية.
تؤثر قيمة الباهاء في الأرض الزراعية على توفر أملاح النمو للنبات. وعندما تكون الأرض قلوية أو متعادلة تتكون فيها أملاح أكسيد هيدروكسيد الحديد التي لا يمتصها النبات فتحدث له فقرًا فيالحديد. وإذا تغيرت قيمة الباهاء في الأرض تغيرًا كبيرًا فيمكن أن يؤثر ذلك سلبيًا على وظائف أعضاء النبات.
ومن المكونات الغذائية في النباتات نجدالنيتروجين وبعض العناصر الأخرى. ويحصل النبات علىالنيتروجين منأيوناتالأمونيوم الذائبة (NH4+) أو من أيوناتالنترات (NO3−). نترات الأمونيوم تكون في الأرض في وسط متعادل (باهاء =7). وعندما تكون الأرض حمضية تزيد فيها أيونات الأمونيوم NH4+، أما في الأرض القلوية فتزيد فيها أيونات النترات NO3−.
إذا كانت أغشية جذور النبات نفاذة لأيونات الأمونيومNH4+ فإنها تكون محتاجة لأرض حمضية. وتحتاج لأخذ أيون النتراتNO3− من أرض قلوية للنمو. وتقل حساسية النبات لهاباء الأرض إذا كانت أغشيتها نفاذة لكلا من الأمونيوم والنترات. ويستخدمنترات الأمونيوم (NH4NO3) في السماد الصناعي حيث يوجد فيه نوعي أيونات الأمونيوم والنترات.
وطبقًا لقيمة الباهاء في التربة تختلف إمكانية النبات لأخذ موادها الغذائية، فإذا كانت قيمة الباهاء مرتفعة أو منخفضة فهذا يحد من أمكانيتها لامتصاص المواد الغذائية. وعندما يكون الباهاء منخفضًا يزداد ذوبان أيونات (أملاح)الألمونيوموالمنجنيز وقد يصل تركيزها إلى حد ضار للنبات.
^Covington, A. K.; Bates, R. G.; Durst, R. A. (1985). "Definitions of pH scales, standard reference values, measurement of pH, and related terminology" (PDF). Pure Appl. Chem. 57 (3): 531–542. doi:10.1351/pac198557030531.
^ابJens G. Nørby,The origin and the meaning of the little p in pH, Trends in Biochemical Sciences, 25 (2000), 36-37.
^S. P. L. Sörensen,Über die Messung und die Bedeutung der Wasserstoffionenkonzentration bei enzymatischen Prozessen, Biochem. Zeitschr., 1909, 21, 131–304.
^Pschyrembel Klinisches Wörterbuch, 258. Aufl., de Gruyter, Berlin, 1998.
