مؤشرات PH: أنواع المؤشرات وكيفية عملها

تعد مؤشرات الأس الهيدروجيني ضرورية لتحديد كمية الأس الهيدروجيني الموجودة في وسط معين. عند مناقشة مفهوم الرقم الهيدروجيني ، فإنه يمثل تركيز أيونات الهيدرونيوم (H 3 O +) الموجود في محلول مائي.

وبالمثل ، يتم قياسه على مقياس لوغاريتمي سلبي بين 0 و 14 ، حيث تعتبر المحاليل ذات الأس الهيدروجيني الأقل من 7 حامضية ، ومحلول الأس الهيدروجيني أكبر من 7 تعتبر أساسية والحلول ذات الأس الهيدروجيني تساوي 7 تعتبر حلول محايدة. يتم التعبير عن هذه المعلمة كما يلي مع معادلة Henderson-Hasselbalch: pH = pKa + log 10 ([A -] / [HA]).

في التعبير السابق ، تمثل pKa اللوغاريتم السلبي لثابت تفكك الحمض ، والتركيزات المولية [A-] و [HA] هي تلك الخاصة بالحمض الضعيف وقاعدته المرافقة ، على التوالي. إن معرفة درجة الحموضة تسمح بدراسة نوعية الماء والغذاء ، وأن تكون قادرًا على الحفاظ على التكرار لمنتج كيميائي مفصل.

نوع

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من مؤشرات الأس الهيدروجيني: مؤشرات قاعدة الحمض السائل ، والتي تعمل وفقًا لمجموعة معينة من الأس الهيدروجيني ؛ تتم إضافة الأوراق والمواد المؤشر الأخرى التي تغير اللون كعينة سائلة أو غازية على سطحها ؛ ودرجة الحموضة الرقمية متر ، والتي تقيس الفرق الكهربائية المحتملة بين قطبين.

مؤشرات السائل

المؤشرات السائلة هي الأحماض الضعيفة أو القواعد العضوية التي لها ألوان متغيرة حسب شكلها الحمضي أو الأساسي. تعمل هذه العناصر ضمن نطاقات محدودة ، متباينة في اللون بمجرد الوصول إليها ، وتتوقف عن تغيير اللون عند الوصول إلى الحد الأقصى لمستوى النطاق.

للعمل ، يجب استخدامها فقط في الحلول التي يمكن فيها ملاحظة تغيير اللون (ويفضل أن يكون عديم اللون).

يوجد عدد كبير من المؤشرات السائلة بألوان مختلفة ومدى الأس الهيدروجيني ، بما في ذلك الكريزول الأحمر (الأحمر إلى الأصفر في نطاق من 0.2 إلى 1.8) ، أحمر الميثيل (الأحمر إلى الأصفر في مجموعة من 4). ، 2 إلى 6.2) ، بروموكرسول الأخضر (الوردي إلى الأزرق / الأخضر من 4.2 إلى 5.2) ، والفينول فثالين (عديم اللون إلى وردي في مجموعة من 8.0 إلى 10.0).

هذه المؤشرات شائعة للحصول على درجات في الكيمياء التحليلية ، على الرغم من أنه يجب أن يكون لديك مستوى معين من التدريب لتنفيذ هذه الممارسة بدقة.

أوراق المؤشر

هناك عدة أنواع من الأوراق المستخدمة لقياس درجة الحموضة ، ولكن أشهرها هو ورق عباد الشمس ، المصنوع من مسحوق يأتي من الأشنات.

يتم استخدام ورقة عباد الشمس لمعرفة ما إذا كان المحلول السائل أو الغازي حامضيًا أو أساسيًا (دون معرفة ما سيكون الرقم الهيدروجيني الدقيق له أو تقديره) ، ويأتي في عرضين: الأزرق والأحمر.

تتحول ورقة عباد الشمس الزرقاء إلى اللون الأحمر في الظروف الحمضية ، بينما يتغير لون ورقة عباد الشمس الحمراء إلى اللون الأزرق في ظل ظروف أساسية أو قلوية ، ويمكن إعادة تدويرها لإجراء الاختبار بطريقة معكوسة بمجرد تغير لون الورقة بالفعل.

تسببت القيود المعروفة للورق - مثل عدم قدرتها على تقديم قيمة pH دقيقة أو مقدرة والقدرة على التغيير إلى ألوان أخرى عندما تتفاعل مع مركبات معينة - في استبدالها بمؤشرات سائلة و / أو أجهزة قياس درجة الحموضة.

درجة الحموضة متر

يولد جهاز قياس درجة الحموضة من حاجة محللي المختبر للحصول على القيم الدقيقة لهذه المعلمة ، وهو أمر لم يكن ممكناً مع المؤشرات الورقية أو المؤشرات السائلة.

وهي تستند إلى قياس فرق الجهد الكهربائي بين درجة الحموضة في القطب والقطب المرجعي.

يتم شرح تشغيل أجهزة قياس درجة الحموضة هذه بمزيد من العمق في القسم التالي ، ولكن بشكل عام تعتبر هذه المؤشرات أكثر دقة بامتياز ، حيث توفر رقمًا دقيقًا (بدقة 0.01 وحدة من درجة الحموضة) للمعلمة والعد مع حساسية وسرعة متفوقة على طريقتين أخرى.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكنهم أيضًا قياس الخصائص الأخرى ، مثل المواد الصلبة الذائبة والتوصيل الكهربائي ودرجة حرارة المحلول.

العيب الوحيد لهذا النوع من أجهزة قياس درجة الحموضة هو أنها أجهزة حساسة ، بالإضافة إلى المعايرة الأولية التي يجب القيام بها من قبل عازف أو خبير في المعدات ، سوف تحتاج أيضًا إلى تنظيفها بانتظام لمنع الأقطاب من تراكم المواد فيها.

كيف تعمل؟

مؤشرات السائل

تغير المؤشرات السائلة اللون من خلال عمل البروتون أو البروتونات في هيكلها (حسب الطبيعة الأساسية أو الحمضية للمؤشر) ، والتي تستند إلى توازن التفاعل ، وبالتالي: HIn + H 2 O ↔ H 3 O + + في

أي بمجرد أن يتم إضافة المؤشر إلى الحل ، إذا بدأ توازن هذا الوسيط في الاتجاه المعاكس بزيادة أو تقليل أيون الهيدرونيوم (مرة أخرى ، حسب طبيعة المؤشر) ، فسوف يتغير لونه حتى النهاية البقاء لون جديد ثابت.

أوراق المؤشر

يجب أن تتلامس ورقات المؤشر ، وتحديداً ورقة عباد الشمس ، مع الحل الذي يتعين تحليله تكتمًا من أجل القياس الدقيق.

أي أنه في محلول سائل لا يجب إدخاله بالكامل ، ولكن يجب أن يقطر به أو يلمس عينة من المادة لفترة وجيزة.

في حالة وجود محلول غازي ، يجب أن يمر الغاز فوق سطح الورقة للسماح له بالاتصال وتغيير لونه.

درجة الحموضة متر

كما ذكر أعلاه ، تعمل عدادات الأس الهيدروجيني بسبب الاختلاف الكهربائي المحتمل بين قطب الأس الهيدروجيني والإلكترود المرجعي.

يقيس جهاز قياس الرقم الهيدروجيني الجهد الموجود بين قطبين في محلول ويوضح النتيجة المحولة إلى قيمة الرقم الهيدروجيني المقابلة.

يتكون الجهاز نفسه من زوج من الأقطاب الكهربائية - أحدهما معدني وغير حساس لدرجة الحموضة في المحلول - ومكبر صوت إلكتروني بسيط. للمعايرة ، يتم معايرة المعدات مع حلول الرقم الهيدروجيني المعروف.