درجة حموضة الماء والمحاليل
يقيس درجة الحموضة (pH) للماء ومحاليل يومية ويصنّفها إلى حمضية ومتعادلة وقاعدية، ويربط ذلك بنسبة أيونات الهيدرونيوم إلى أيونات الهيدروكسيد.
المحاكاة التفاعلية
محاكاة تفاعلية: مقياس pH — من PhET
لا تُحمَّل المحاكاة إلا بطلبك. اضغط لبدء التشغيل — قد تستغرق لحظات على الاتصال البطيء.
في كتابك
- نشاط (٢): خصائص الماء — ص ٥٣
خطوات التجربة
افتح شاشة «ماكرو»، واختر «الماء» من القائمة، واسحب مجس قياس pH إلى المحلول، وسجّل القراءة وتصنيفها على المقياس: «حمضي» أو «متعادل» أو «قاعدي».
اختر «عصير البرتقال» ثم «القهوة» ثم «صابون اليدين» ثم «منظّف البالوعة»، وقِس pH كل منها وسجّله في جدول، ثم رتّبها من الأكثر حمضية إلى الأكثر قاعدية.
اختر محلولًا حمضيًا، وأضف إليه ماءً من الصنبور على دفعات، وسجّل pH بعد كل دفعة. نحو أي قيمة تتجه القراءة؟
افتح شاشة «ميكرو»، واختر «الماء»، وفعّل «النسبة». لاحظ عدد أيونات H3O⁺ مقارنة بأيونات OH⁻.
اختر محلولًا حمضيًا ثم محلولًا قاعديًا، وقارن النسبة بين الأيونين في كل منهما، وسجّل أي الأيونين أكثر.
قارن قراءة pH للماء بقراءتك لحمض وقاعدة، كما في النشاط حين أُضيف حمض الهيدروكلوريك وهيدروكسيد الصوديوم إلى ماء الصنبور.
الفكرة العلمية
درجة الحموضة pH مقياس لحموضة المحلول أو قاعديته، وتتراوح قيمتها عادة بين 0 و14. فالمحلول الذي قيمته أقل من 7 حمضي، والذي قيمته أكبر من 7 قاعدي، والماء النقي متعادل عند 7. وما رأيته في شاشة «ميكرو» يفسّر ذلك: الماء يتأين بنسبة ضئيلة جدًا فيعطي أيونات الهيدرونيوم H3O⁺ وأيونات الهيدروكسيد OH⁻ بعددين متساويين، فيكون متعادلًا. وفي المحلول الحمضي يزيد عدد أيونات H3O⁺ على أيونات OH⁻، وفي المحلول القاعدي يحدث العكس. وكلما زادت أيونات H3O⁺ قلّت قيمة pH. والمقياس لوغاريتمي، فكل فرق وحدة واحدة يقابل تغيّرًا في التركيز بعشرة أمثال. وعند تخفيف الحمض بالماء يقل تركيز أيونات H3O⁺ فترتفع قيمة pH مقتربة من 7 دون أن تتجاوزها. والمحاكاة تقيس بمجس رقمي بدل ورق قياس الحموضة أو ورق دوّار الشمس المستعمل في النشاط.
قوّم نفسك
جرّب المحاكاة أولًا ثم أجب. لا درجات ولا تسجيل — الإجابات لك وحدك، وتختفي بإغلاق الصفحة.
قست pH للماء في المحاكاة فكانت 7. ماذا يعني ذلك؟
- أن الماء خالٍ تمامًا من الأيونات
- أن فيه أيونات H3O⁺ فقط
- أن عدد أيونات H3O⁺ يساوي عدد أيونات OH⁻
- أن الماء حمضي ضعيف
اعرض الإجابة
ج) أن عدد أيونات H3O⁺ يساوي عدد أيونات OH⁻
التعادل تساوٍ لا خلو: الماء يتأين بنسبة ضئيلة فيعطي الأيونين بالعدد نفسه، وهذا ما تُظهره «النسبة» في شاشة «ميكرو». والاعتقاد بأن الماء المتعادل بلا أيونات خطأ شائع، ولو كان كذلك لما ظهر الأيونان في المحاكاة.
أضفت ماءً كثيرًا إلى محلول حمضي. ماذا يحدث لقراءة pH؟
- تنخفض لأن كمية المحلول زادت
- تتجاوز 7 فيصير المحلول قاعديًا
- تبقى ثابتة لأن الحمض نفسه
- ترتفع مقتربة من 7 دون أن تتجاوزها
اعرض الإجابة
د) ترتفع مقتربة من 7 دون أن تتجاوزها
التخفيف يقلل تركيز أيونات H3O⁺ فترتفع قيمة pH نحو التعادل، لكن الماء نفسه متعادل فلا يجعل المحلول قاعديًا. وتحويل الحمض إلى قاعدة يحتاج إضافة قاعدة لا ماء.
محلول pH له 3 وآخر pH له 5. كم مرة يزيد تركيز أيونات H3O⁺ في الأول على الثاني؟
- 100 مرة
- مرتين
- 10 مرات
- لا فرق يُذكر
اعرض الإجابة
أ) 100 مرة
المقياس لوغاريتمي: كل وحدة تعني عشرة أمثال، فالفرق وحدتين يعني 10 × 10 = 100 مرة. ومن أجاب مرتين عامل المقياس معاملة خطية، وهذا يقلل تقدير قوة المحاليل الحمضية.
في النشاط أُضيف حمض الهيدروكلوريك إلى كأس ماء وهيدروكسيد الصوديوم إلى كأس أخرى. ماذا تتوقع أن يحدث لورق قياس الحموضة في كل كأس مقارنة بالماء وحده؟ ولماذا؟
اعرض الإجابة
في كأس الحمض تقل قيمة pH عن 7 لأن أيونات H3O⁺ تزداد، ويتلون الورق بلون الحمض. وفي كأس هيدروكسيد الصوديوم تزيد القيمة على 7 لأن أيونات OH⁻ تزداد، ويتلون بلون القاعدة. أما ماء الصنبور فقيمته قريبة من 7.
لماذا تهتم محطات مياه الشرب بقياس درجة حموضة الماء قبل توزيعه؟
اعرض الإجابة
لأن الماء الصالح للشرب يجب أن تكون درجة حموضته في مدى قريب من التعادل. فالماء الحمضي جدًا قد يُذيب الفلزات من الأنابيب ويضر بالصحة، والقاعدي جدًا يغيّر الطعم ويسبب ترسبات. ولذلك يُقاس pH باستمرار ويُعدَّل عند الحاجة.