كيفية إيجاد أو تحديد الرقم الهيدروجيني لعينة ماء – تقرير مع المناقشة

يعد تحديد الرقم الهيدروجيني هو الاختبار الأكثر استخدامًا في كيمياء المياه. لذلك يجب على جميع الطلاب تعلم كيفية اختبار درجة الحموضة من الماء لأغراض مختلفة في حياتهم بغض النظر عن فروعهم. يشير مصطلح PH إلى مقياس تركيز أيون الهيدروجين في محلول ويعرف بأنه السجل السلبي لتركيز أيونات [+H] في الماء والمياه العادمة.

[+PH = -log [H

حيث [+H] هو تركيز (أو نشاط) أيون الهيدروجين (أو الفوتون) في المول لكل لتر (M).

ينفصل الماء لتكوين أيون الهيدروجين [+H] وأيون الهيدروكسيل [^–OH] وفقًا للمعادلة التالية:

[^–H₂O = [H⁺]  +  [OH

عملياً كل مرحلة من مراحل معالجة المياه ومياه الصرف الصحي تعتمد على درجة الحموضة. يستخدم الرقم الهيدروجيني في قياسات القلوية وثاني أكسيد الكربون وفي العديد من حالات التوازن الحمضي القاعدي.

شاهد أيضاً: تجربة المحتوى الرطوبي للتربة مع المناقشة

يحدد الرقم الهيدروجيني للمياه قابلية الذوبان (الكمية التي يمكن إذابتها في الماء) والتوافر البيولوجي (الكمية التي يمكن استخدامها في الحياة المائية) للمكونات الكيميائية مثل المغذيات (الفوسفور والنيتروجين والكربون) والمعادن الثقيلة (الرصاص ، النحاس والكادميوم ، وما إلى ذلك). على سبيل المثال ، بالإضافة إلى التأثير على مقدار وشكل الفسفور الأكثر وفرة في الماء ، يحدد الرقم الهيدروجيني أيضًا ما إذا كان يمكن للحياة المائية استخدامه. في حالة المعادن الثقيلة ، تحدد درجة قابليتها للذوبان سمية هذه المواد. تميل المعادن إلى أن تكون أكثر سمية في درجة الحموضة المنخفضة لأنها أكثر قابلية للذوبان.

الأهمية البيئية لل PH

تحديد الرقم الهيدروجيني هو أحد الأهداف المهمة في المعالجة البيولوجية للمياه العادمة. في العلاج اللاهوائي ، إذا انخفض الرقم الهيدروجيني عن 5 بسبب التراكم الزائد للأحماض ، تتأثر العملية بشدة. إن تغيير درجة الحموضة إلى أكثر من 5 إلى 10 يزعج المعالجة الهوائية لمياه الصرف. في هذه الظروف ، يتم ضبط درجة الحموضة عمومًا عن طريق إضافة حمض مناسب أو قلوي لتحسين معالجة المياه العادمة. قيمة الرقم الهيدروجيني أو المدى له أهمية كبيرة لأي تفاعل كيميائي.

يجب أن تكون المادة الكيميائية شديدة الفعالية عند درجة حموضة معينة. يخضع التخثر الكيميائي والتطهير وتليين المياه والسيطرة على التآكل لتعديل درجة الحموضة. انخفاض قيمة الرقم الهيدروجيني أقل من 4 سوف تنتج طعم حامض وقيمة أعلى من 8.5 طعم مر.

مبدأ عمل جهاز ال PH

جهاز قياس ال PH المستخدم في قياس درجة الحموضة (PH Meeter) يتألف من مستشعر نصف الخلية ونصف الخلية المرجعية ، وتشكل معا نظام القطب. إن نصف خلايا الاستشعار عبارة عن غشاء شبه نفاث حساس لدرجة الحموضة ، يفصل بين محلولين ، أي المحلول الخارجي ، العينة المراد تحليلها والمحلول الداخلي محاط داخل الغشاء الزجاجي وله قيمة pH معروفة. يتم تطوير إمكانات كهربائية في الداخل ويتم تطوير إمكانات كهربائية أخرى في الخارج ، ويتم قياس الفرق في الإمكانات وتعطى على أنها الرقم الهيدروجيني للعينة.

الأدوات المستخدمة

1. جهاز قياس الرقم الهيدروجيني (PH Meeter).
2. علبة (Beaker).

الاحتياطات

يجب مراعاة الاحتياطات التالية أثناء إجراء التجربة:

1. تؤثر درجة الحرارة على قياس درجة الحموضة في نقطتين. السبب الأول هو التغير في القطب الكهربائي عند درجات حرارة مختلفة. يمكن التحكم في هذا التداخل عن طريق الأجهزة التي لديها تعويض درجة الحرارة أو عن طريق معايرة نظام أداة القطب الكهربائي في درجة حرارة العينات. والثاني هو تغيير درجة الحموضة الكامنة في العينة في درجات حرارة مختلفة. هذا النوع من الخطأ يعتمد على العينة ولا يمكن التحكم فيه ؛ وبالتالي ينبغي الإشارة إلى درجة الحموضة ودرجة الحرارة في وقت التحليل.
2. بشكل عام ، لا يخضع القطب الزجاجي لتدخلات المحلول مثل اللون ، الملوحة العالية ، المادة الغروية ، المؤكسدات ، التعكر أو المواد المختزلة.
3. يجب إزالة الزيوت والشحوم ، إذا كانت موجودة في طبقة القطب الكهربائي ، بمسح لطيف أو غسل المنظفات ، تليها الشطف بالماء المقطر ، لأنه قد يضعف استجابة القطب.
4. قبل الاستخدام ، اسمح للقطب بالوقوف في محلول حمض الهيدروكلوريك المخفف لمدة ساعتين على الأقل.
5. الأقطاب الكهربائية المستخدمة في مقياس درجة الحموضة هشة للغاية ، وبالتالي ينبغي التعامل معها بعناية.

التعامل مع العينات والحفاظ عليها

نظرًا لأن النشاط البيولوجي سيستمر بعد أخذ عينة ، فقد تحدث تغييرات أثناء المناولة والتخزين. قد تتغير خصائص عينة المياه. للحد من التغير في العينات التي اتخذت لتحديد درجة الحموضة ، والحفاظ على العينات في 4 درجات مئوية. لا تسمح للعينات بالتجميد. يجب أن يبدأ التحليل في أسرع وقت ممكن.

الإجراء:

ثلاث خطوات رئيسية تشارك في التجربة وهي:

1. إعداد الكواشف.
2. معايرة الجهاز.
3. اختبار العينة.

خطوات تحديد الرقم الهيدروجيني لعينة ماء

1. قم بإجراء معايرة لمقياس درجة الحموضة باستخدام حلول PH القياسية. يعتمد إجراء المعايرة على مدى درجة الحموضة ذات الاهتمام.
2. في دورق جاف 100 مل نظيف ، خذ عينة الماء ووضعها في محرض مغناطيسي ، أدخل شريط التحريك المطلي بالتفلون وحرك جيدًا.
3. الآن ضع القطب في الدورق الذي يحتوي على عينة من الماء وتحقق من القراءة في جهاز قياس درجة الحموضة. انتظر حتى تحصل على قراءة مستقرة.
4. خذ القطب من عينة الماء ، واغسله بالماء المقطر ، ثم امسحه برفق بالأنسجة الرخوة.

النتائج

أجري الإختبار على 5 مجموعات وتم اخذ 4 قراءات لكل مجموعة ثم وجدنا المعدل.

يتبين من الجدول اعلاه أن جميع النتائج تميل للقاعدية وذلك لان القيم اعلى 7.

يبين الشكل في ادناه قيم PH المختلفة بالمقارنة مع قيم POH وهو مقياس القاعدية للمحاليل.

المناقشة

درجة الحموضة العالية والمنخفضة بشكل مفرط يمكن أن تكون ضارة لاستخدام المياه. ارتفاع درجة الحموضة يسبب الطعم المر ، وتصبح أنابيب المياه والأجهزة التي تستخدم المياه مرصعة بالترسبات ، كما أنه يقلل من فعالية تطهير الكلور ، مما يسبب الحاجة إلى الكلور الإضافي عندما يكون الرقم الهيدروجيني مرتفعًا.

• تسبب المياه المنخفضة الرقم الهيدروجيني تآكل أو إذابة المعادن وغيرها من المواد.

في التجربة التي اجريناها ، تم أخذ 5 نماذج من المياه المتواجدة في خارج مختبر الصحية – جامعة تكريت.

ضهر في الإختبار ان المياه صالحة للشرب حسب المواصفة العراقية لمياه الشرب لسنة 1986 (قيم الرقم الهيدروجيني للمواصفة تتراوح بين 6.5 – 8.5) ، حيث كانت قيم PH في الاختبارات بين 7 إلى 8 وبالتالي فهي تميل للقاعدية.

يمكن أن يغير التلوث درجة الحموضة في الماء ، والتي بدورها يمكن أن تلحق الضرر بالحيوانات والنباتات التي تعيش في الماء.

على سبيل المثال ، يمكن أن يكون للمياه الخارجة من منجم فحم مهجور درجة حموضتها قدرها 2 ، وهي حمضية للغاية وستؤثر بالتأكيد على أي سمكة مجنونة بما يكفي لمحاولة العيش فيها! باستخدام مقياس الرقم الهيدروجيني ، فإن مياه الصرف هذه ستكون حمضية 100000 مرة أكثر من المياه المحايدة.

• تقرير السلامة المختبرية: سلامة مختبر الطرق السريعة