يقف الحرفان pH نصف مغمورين في كأس، ويتغير لون المحلول فوقهما كما يتغير الكاشف العام، من الأحمر مرورًا بالأصفر والأخضر إلى الأزرق والبنفسجي. تسقط قطرة من السحاحة، وتنتشر حلقة على السطح، وتصعد فقاعات من القاع، ويدور المحرّك، وتضيء كرة القطب الزجاجي. يعرض الجهاز في الزاوية رقمًا، وتنزلق العلامة على شريط الكاشف في الأسفل إلى الخانة نفسها.
صفحة الوحدة
الكيمياء والمختبر بطاقة 1/1 · مراجعة 2026-09الأس الهيدروجيني pH
كمية خارج النظام الدولي · الكمية: حموضة المحلول، اللوغاريتم عديم الأبعاد لفعالية أيونات الهيدروجين
مقياس لوغاريتمي ليست له وحدة
في عام 1909 كان الكيميائي الدنماركي سورين سورنسن يدرس في مختبر مصنع جعة كارلسبرغ كيف تعتمد الإنزيمات على حموضة نقيع الشعير، وكان يدوّن كل يوم تراكيز مثل 0,000 000 1 مول في اللتر. وحين ملّ من عدّ الأصفار اقترح أن يُكتب بدل العدد نفسه الأس وحده بعد حذف إشارة السالب، فصار الجزء من عشرة ملايين سبعةً بسيطة، ومنذ ذلك الحين تُقاس الحموضة برقم لا تقف خلفه أي وحدة.
هذه الكتابة مريحة لكنها خادعة: خطوة بمقدار وحدة واحدة تعني تغيرًا عشرة أضعاف، ولذلك فإن محلولًا قيمة pH له 3 ليس أكثر حموضة من محلول قيمته 5 بالثلث، بل بمئة مرة، ولا يمكن جمع قيمتين لـ pH ولا حساب متوسطهما. وعند خلط حجمين متساويين من محلولين قيمتاهما pH 2 وpH 4 لا نحصل على 3 بل على 2,30، لأن ما يُجمع هو التراكيز نفسها، ثم يؤخذ اللوغاريتم من المجموع.
تُظهر الصفحة كيف يتصرف pH في المعايرة، ولماذا لا يكون الرقم سبعة متعادلًا إلا عند خمس وعشرين درجة، ولماذا لا يمكن حتى اليوم قياس الكمية التي يقيسها كل مربي أسماك الزينة قياسًا دقيقًا دون اتفاق على ما يُعدّ فعالية أيون واحد.
يُكتب بحرف p صغير وحرف H كبير، دائمًا بهذا الترتيب ومن دون فراغ: pH، لا PH ولا Ph، لأن الحرف الصغير يدل على عملية والكبير على عنصر كيميائي. ويأتي الرقم بعد الرمز كما في درجات الحرارة: pH 7,40، ولا تُكتب بعده أي وحدة.
ليس pH تركيز الحمض ولا قوته: فالخل وحمض الهيدروكلوريك بالتركيز نفسه يعطيان pH 2,9 و1,0، وقد يحتوي المحلول المنظِّم على كثير من الحمض ويُظهر مع ذلك رقمًا شبه متعادل. ولا ينبغي الخلط بينه وبين pKa الذي يخص الحمض نفسه ولا يتوقف على الكمية المسكوبة منه، في حين أن pH يخص المحلول.
01 · التعريف
اللوغاريتم · الفعالية · نقطة التعادلالأس الهيدروجيني pH هو اللوغاريتم العشري بإشارة معكوسة لفعالية أيونات الهيدروجين في المحلول. والفعالية عديمة الأبعاد لأنها تُنسب إلى تركيز قياسي قدره مول واحد في اللتر، ولذلك فإن اللوغاريتم نفسه عديم الأبعاد أيضًا: لا يُقاس pH بأي وحدة، بل يُعبَّر عنه برقم فقط.
في المحاليل المخففة تكاد الفعالية تتطابق مع التركيز، وعندها يمكن حساب pH مباشرة من المولات في اللتر، أما في المحاليل المركزة ومياه البحر فتعيق الأيونات بعضها بعضًا ويبلغ الفرق بين التركيز والفعالية أعشار الوحدة. والماء نفسه يتفكك قليلًا إلى أيونات هيدروجين وهيدروكسيد، وحاصل ضرب فعاليتيهما عند 25 °C يساوي 10⁻¹⁴، ويُسمى المحلول متعادلًا إذا تساوى فيه الاثنان، أي pH 7.
ينمو الحاصل الأيوني للماء بسرعة مع درجة الحرارة، ولذلك تنخفض نقطة التعادل عند الغليان إلى 6,13 وترتفع عند الصفر إلى 7,47؛ والمحلول الذي قيمته pH 7 يكون عند 50 °C قاعديًا قليلًا مع أن الرقم بقي كما هو.
قطرتان تعيدان تلوين الكأس
على اليسار يقطر المعايِر من السحاحة في كأس فيها 25 مليلترًا من المحلول، والسائل ملوّن بالكاشف العام بحسب قيمة pH الحالية، والجهاز في الزاوية يعرض الرقم. وعلى اليمين ينمو منحنى المعايرة: الجزء المقطوع مرسوم بخط سميك بلون الكاشف، والباقي بخط منقط رمادي رفيع؛ والخط المنقط الأفقي هو نقطة التعادل pH 7، والعمودي هو نقطة التكافؤ حيث أضيف من المعايِر ما يكفي تمامًا للحمض أو القاعدة كلها.
اخلط pH 2 وpH 4 — لن تحصل على ثلاثة
في لتر من محلول قيمته pH 2 جزء من مئة من مول أيونات الهيدروجين، وفي لتر قيمته pH 4 جزء من عشرة آلاف، فيكون في اللترين بعد الخلط 0,0101 مول، أي 0,00505 في اللتر، وهذا هو pH 2,30. المحلول الحمضي يحدد النتيجة كلها تقريبًا، والأقل حموضة لا يضيف إليها إلا التخفيف، ولذلك فإن متوسط pH لعدة عينات، إذا سُجّل في تقرير كمتوسط بسيط، يقول دائمًا غير الحقيقة عن أشدها حموضة.
02 · التحويل
التراكيز · المواد · درجة الحرارةمن الرقم على الجهاز إلى المولات في اللتر
أدخل pH أو تركيز أيونات الهيدروجين أو الهيدروكسيد أو pOH، وستحسب الصفحة كل ما عدا ذلك، وتقارن المحلول بمواد مألوفة، وتبيّن أين تقع نقطة التعادل عند درجة حرارة أخرى. المحلول واحد في كل التبويبات؛ ولا يتغير إلا ما يُقارَن به.
قاعدة للتذكر: كل وحدة pH تغير في التركيز بعشرة أضعاف، وكل 0,3 وحدة بضعفين.
يعدّ التحويل الفعالية مساوية للتركيز، وهذا صحيح في المحاليل المخففة فقط؛ ففي مياه البحر والدم والأحماض القوية يزيح تصحيح معامل الفعالية الجواب بعُشر أو عُشرين. وقيم pH للمواد نموذجية لا معيارية: ففي عصير الليمون والقهوة والمطر يبلغ الفرق بين عينة وأخرى نصف وحدة.
| {k} | {v} | {note} |
{text}
04 · أدوات القياس
ورق · زجاج · بلاتين · محاليل منظِّمةبمَ يُصطاد أيون الهيدروجين
قوس قزح على الشريط
الكاشف العام مزيج من عدة صبغات، تغير كل منها لونها في مجالها الضيق الخاص، فتلوّن معًا المقياس كله من الأحمر إلى البنفسجي. يُغمس الشريط في المحلول، فيصعد المحلول في الورق، ويُقارن اللون بالعين بالمقياس المطبوع؛ والدقة نحو وحدة واحدة، لكن الجواب جاهز في ثانية ولا يحتاج إلى أي جهاز.
زجاج يحس بالحمض
تنتفخ كرة رقيقة من زجاج خاص عند سطحها، وتتبادل أيونات الهيدروجين المواقع مع طبقتها المميّهة، فينشأ فرق في الجهد بين المحلول الداخلي والخارجي. وعند 25 °C يتغير بمقدار 59,16 ملي فولت لكل وحدة pH، ومع التسخين يزداد الميل، ولذلك يقيس جهاز pH الجيد دائمًا درجة الحرارة أيضًا.
صفر الكهروكيمياء كلها
تُغمر صفيحة من البلاتين مغطاة بأسود البلاتين الإسفنجي بالهيدروجين تحت ضغط بار واحد، فيقوم عليها توازن بين الغاز وأيونات الهيدروجين في المحلول. هذا القطب مزعج ومتقلب، لكن جهده يتبع صيغة التعريف نفسها بلا وسيط، وبه تحديدًا تُعتمد المحاليل المنظِّمة الأولية التي تُعايَر عليها كل الأقطاب الزجاجية في العالم.
ثلاث كؤوس قبل كل قياس
يشيخ القطب الزجاجي وينزاح صفره وميله، ولذلك يُفحص الجهاز قبل العمل بمحاليل منظِّمة معلومة pH، عادة 4,01 و7,00 و10,01 عند 25 °C، ويُعاد رسم الخط المستقيم بحسبها. والجهاز بلا هذه المعايرة يعرض رقمًا بخانتين عشريتين، لكن الخانة الثانية لا تكون صادقة إلا إلى أن يُنقل القطب إلى محلول مجهول.
05 · قواعد الكتابة
الرمز قبل الرقم · بلا وحدة · مع درجة الحرارةالرقم بعد الرمز، ولا وحدة
يوضع الرمز pH قبل الرقم كاسم للمقياس، لا بعده كوحدة، وتُذكر بجانب القيمة الدقيقة درجة الحرارة التي حُصل عليها عندها.
السطر الأول على اليسار يضع الرمز بعد الرقم كأن pH وحدة، والثاني يكتب P كبيرة لا تعني شيئًا في الكيمياء، والثالث ينسب إلى الأس مولات في اللتر مع أن المولات لا تعيش إلا في التركيز. والرابع يحوّل اللوغاريتم إلى نسبة مئوية فيبدو الانخفاض بمقدار 0,3 متواضعًا مع أن أيونات الهيدروجين صارت النصف، والخامس يضيف «وحدات» لا وجود لها، والسادس يحسب متوسط اللوغاريتمات حيث يجب حساب متوسط التراكيز.
06 · الوحدات المجاورة
التركيز · اللوغاريتم · كمية المادةتحت لوغاريتم pH يقع تركيز بالمولات في اللتر، واللوغاريتم نفسه يجعله قريبًا للديسيبل الذي يضغط بدوره عشرات المراتب في مقياس قصير، ويبقى المول الوحدة الوحيدة في النظام الدولي التي يرتبط بها pH بالنظام أصلًا.
هو التركيز نفسه الذي يؤخذ لوغاريتمه، والذي يُحسب به مقدار الحمض المسكوب.
لوغاريتم عديم الأبعاد أيضًا، لكنه لنسبة القدرات وبمعامل عشرة.
كمية المادة التي يرتبط عبرها pH بالنظام الدولي للوحدات.
07 · القسم التاريخي
أرشيف · من مصنع الجعة إلى IUPACكيف صارت الأصفار مقياسًا
{title}
{text}
أربع درجات لا تتسع لها صفحة واحدة
ارتفاع العمود هو تركيز أيونات الهيدروجين بمقياس عادي غير لوغاريتمي، لقيم pH 1 و2 و3 و4. كل عمود تالٍ أقصر من سابقه بعشر مرات، والرابع بالكاد يُرى؛ ويمر الإطار عليها بالتتابع.
لم يختر سورنسن اللوغاريتم من أجل الجمال، بل لأن الكميات التي كان يعمل بها ما كانت لتتسع لأي ورقة لولاه: الدرجات السبع من pH 1 إلى pH 7 كانت ستمط مقياسًا خطيًا عشرة ملايين مرة.
كمية لا يمكن قياسها دون اتفاق
يتحدث التعريف عن فعالية أيون هيدروجين واحد، لكن الديناميكا الحرارية لا تستطيع أن تقيس إلا حواصل ضرب فعاليات أيونات متعاكسة الشحنة، لأن المحلول متعادل كهربائيًا دائمًا ولا يمكن إخراج أيون منفرد منه. فبحسب التعريف الصارم لا يقيس pH أي جهاز؛ والمتاح فقط كمية يدخل فيها أيون الكلوريد مع الهيدروجين.
تُسدّ الفجوة باتفاق: فبحسب اصطلاح بيتس وغوغنهايم يُحسب معامل فعالية أيون الكلوريد بصيغة بسيطة من نظرية المحاليل، ثم تعطي خلية هارند بقطب الهيدروجين وقطب الفضة وكلوريد الفضة ومن دون وصلة سائلة قيم pH الأولية لبضعة محاليل منظِّمة مرجعية. وكل القياسات الأخرى على الأرض تستند إلى هذه المحاليل عبر سلسلة من المعايرات.
وهكذا ففي كل رقم pH، إلى جانب القياس نفسه، اتفاقٌ أيضًا، ويتفق مختبران حتى أجزاء المئة من الوحدة لا لأنهما قاسا الطبيعة نفسها، بل لأنهما اعتمدا الاصطلاح نفسه وعايرا على المحاليل المنظِّمة نفسها.