المبدأ الأساسي لقياس الرقم الهيدروجيني
من المحتمل أن تكون طريقة قياس التيار الصفري المألوفة والقديمة المستخدمة لتحديد عمليات التفاعل الكيميائي هي قياس الرقم الهيدروجيني. بشكل عام، يتم استخدام قياس الرقم الهيدروجيني لتحديد حموضة أو قلوية المحلول. حتى الماء النقي كيميائيًا يحتوي على كمية ضئيلة من التفكك، ومعادلة التأين الخاصة به هي: H2O H2O=H3O-OH - (1) نظرًا لحقيقة تفكك كمية صغيرة جدًا من الماء، فإن التركيز المولي لـ الأيونات بشكل عام هي قوة سالبة. لتجنب استخدام الأس السالب للتركيز المولي في العمليات الحسابية، اقترح عالم الأحياء سورنسن في عام 1909 استبدال هذه القيمة غير الملائمة باللوغاريتم وتعريفها على أنها "قيمة الرقم الهيدروجيني". رياضياً، يتم تعريف قيمة الرقم الهيدروجيني على أنها اللوغاريتم السلبي لتركيز أيون الهيدروجين الشائع الاستخدام. أي أن الرقم الهيدروجيني =سجل واحد [H]
(2) بسبب الاعتماد القوي للمنتج الأيوني على درجة الحرارة، بالنسبة لقيمة الرقم الهيدروجيني للتحكم في العملية، من الضروري معرفة خصائص درجة حرارة المحلول في نفس الوقت. فقط عندما يكون الوسط المقاس عند نفس درجة الحرارة يمكن مقارنة قيمة الرقم الهيدروجيني له. ومن أجل الحصول على قيمة الرقم الهيدروجيني القابلة للتكرار، يتم استخدام تحليل قياس الجهد لقياس الرقم الهيدروجيني. يسمى القطب المستخدم في طريقة التحليل المحتملة بالبطارية الأولية. يسمى جهد هذه البطارية القوة الدافعة الكهربائية (EMF). تتكون هذه القوة الدافعة الكهربائية (EMF) من بطاريتين ونصف. إحدى الخلايا النصفية تسمى قطب القياس، وترتبط إمكاناتها بنشاط أيوني محدد؛ النصف الآخر من الخلية هو نصف خلية مرجعية، ويشار إليه عادة باسم القطب الكهربائي المرجعي، والذي عادة ما يكون متصلاً بمحلول القياس ومتصلاً بمقياس الأس الهيدروجيني الصناعي. يعتبر قطب الهيدروجين القياسي هو النقطة المرجعية لجميع القياسات المحتملة. قطب الهيدروجين القياسي عبارة عن سلك بلاتيني مطلي بكلوريد البلاتين ومحاط بغاز الهيدروجين. القطب الكهربائي الأكثر شيوعًا والأكثر استخدامًا لمؤشر الرقم الهيدروجيني هو القطب الزجاجي. إنه أنبوب زجاجي مع طبقة زجاجية حساسة لدرجة الحموضة منفوخة في النهاية. يتم ملء الأنبوب بمحلول منظم KCI يحتوي على AgCI المشبع، بقيمة الرقم الهيدروجيني 7. يتبع فرق الجهد الموجود على جانبي الفيلم الزجاجي ويعكس قيمة الرقم الهيدروجيني صيغة Nernst: E=Eo. 1n [H3oq (3) n.] في الصيغة، E هو الجهد؛ E هو الجهد القياسي للقطب. R هو ثابت الغاز. T هي درجة حرارة كلفن. F هو ثابت فاراداي؛ N هو تكافؤ الأيون المقاس؛ [H O] هو نشاط أيون H O. كما يتبين من المعادلة أعلاه، هناك علاقة معينة بين الجهد E المحتمل ونشاط ودرجة حرارة أيونات H O. عند درجة حرارة معينة، يمكن لقياس الجهد E حساب ln [H O] (يتم تحويله إلى سجل [H O ] للحصول على الرقم الهيدروجيني)، وهو المبدأ الأساسي للكشف عن الرقم الهيدروجيني. في صيغة نيرنست، تلعب درجة الحرارة دورًا مهمًا كمتغير. ومع ارتفاع درجة الحرارة، ستزداد القيمة المحتملة أيضًا. لكل زيادة بمقدار درجة واحدة في درجة الحرارة، سوف يتسبب ذلك في تغير محتمل قدره 0.2 مللي فولت/درجة الحموضة. ممثلة بقيمة الرقم الهيدروجيني، تختلف قيمة الرقم الهيدروجيني بمقدار 0.0033 لكل LPH لكل I~C. وهذا يعني أنه بالنسبة للقياسات حول 20-30 درجة و7pH، ليست هناك حاجة للتعويض عن التغيرات في درجات الحرارة؛ بالنسبة للتطبيقات التي تزيد درجات الحرارة فيها عن 30 درجة أو أقل من 20 درجة وقيم الأس الهيدروجيني أكبر من 8 أو أقل من 6، يجب تعويض التغيرات في درجات الحرارة.
