دراسة حول أهمية الرقم الهيدروجيني لحمض الكبريتيك في الكيمياء

يعد الرقم الهيدروجيني لحمض الكبريتيك أحد الموضوعات الأكثر بحثاً من قبل الطلاب، سواء في المرحلة الإعدادية، الثانوية، أو الجامعية.

نظرًا لأهمية هذا الموضوع ضمن منهج مادة الكيمياء، سنقوم في هذا المقال بتوضيح كافة التفاصيل المتعلقة بالرقم الهيدروجيني لحمض الكبريتيك بصورة شاملة.

ما هو الرقم الهيدروجيني؟

• قبل التعمق في موضوع الرقم الهيدروجيني لحمض الكبريتيك، يجب أولاً معرفة معنى الرقم الهيدروجيني بشكل عام.
  • يُعتبر هذا الرقم من أبرز الخصائص التي تميز المركبات الكيميائية.
  • وهو استخدام ضروري للباحثين والعلماء في مجالات الكيمياء، الطب، والفيزياء النووية وغيرها.
• الرقم الهيدروجيني، المعروف أيضًا بدرجة الحموضة أو الرقم الـ PH، يعبر عن عدد مجموعات الهيدروكسيل الموجودة في تركيبة المركب.
  • على سبيل المثال، إذا كان هناك مجموعة واحدة من الهيدروكسيل (OH) مثلًا في مركب هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH)، فإن الرقم الهيدروجيني له سيكون.
• مقياس الـ PH الذي يستخدم لتصنيف المركبات إلى حامضية، معتدلة أو قلوية يعتمد على تدرج يتضمن أربعة عشر رقماً؛ حيث كلما انخفض الرقم، زادت حموضة المركب مما يجعله حمضاً قوياً، والعكس صحيح.
• يدل مقياس الرقم الهيدروجيني على ما يلي: من صفر إلى سبعة يتم اعتبار المركب حمضي، ورقم سبعة يعني أن المركب متعادل، ومن سبعة إلى أربعة عشر يعد المركب قلويًا.
• من المهم التفريق بين الرقم الهيدروجيني ومقياس الـ PH، فهما يشيران لنفس المفهوم ولكنهما يتمايزان في طريقة القياس.
  • كلما قل الرقم الهيدروجيني أو عدد مجموعات الهيدروكسيل، يرتفع تقدير درجة الحموضة على مقياس الـ PH.
  • إذا كان الرقم الهيدروجيني مرتفعاً، فإن درجة الحموضة تُعَد منخفضة، مما يشير إلى أن المركب يعتبر حمضياً.

تابع أيضاً ما هو الرقم الهيدروجيني

• في المثال عن مركب هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH)، ذكرنا أن الرقم الهيدروجيني أو عدد وظائف الهيدروكسيل فيه هو 1.
  • ومع ذلك، فإن درجة حموضته على مقياس الـ PH تكون أعلى من 7، مما يدل على كونه مركبًا قلويًا أو قاعديًا.
• وعلى العكس، فإن المركبات الحمضية تمتاز برقم هيدروجيني أعلى بينما تأخذ درجة حموضتها على مقياس الـ PH أقل من 7، وكلما اقتربت من الرقم 1 زادت قوة الحمض.

• تظهر أهمية الرقم الهيدروجيني منذ عهد سابق، حيث كان العلماء يعتمدون على قياس تركيز الأيونات الموجبة كالهيدرونيوم في المركبات الكيميائية الحامضية.
  • لكن، كان وجود مجموعات الهيدروكسيل السالبة عائقاً في تجاربهم.
• استطاع العالم سورين سورنسن، وهو من أصل دنماركي، الاستفادة من تركيز أيونات الهيدرونيوم عبر احتساب اللوغاريتم السالب لها.
  • وسماها بمقياس الـ PH لتقدير درجة حموضة المركبات ورقمها الهيدروجيني.
• حيث يشير حرف الـ P إلى قوة الأس أو عدد الذرات، في حين أن الـ H يشير إلى ذرات الهيدروجين.
  • لذا، يُعتبر الرقم الهيدروجيني مقياساً يشير إلى قلوية أو حامضية المركب.

هل تود معرفة المزيد عن:

ما هو حمض الكبريتيك؟

• حمض الكبريتيك، الذي يُعرف أيضاً بحمض السلفوريك أو الحمض الكبريتي، هو أحد الحموض المعدنية ذات التركيبة التي تحتوي على عدد مرتفع من مجموعات الهيدروكسيل، مما يجعله حمضًا قوياً.
• من المهم، قبل الخوض في تفاصيل الرقم الهيدروجيني لحمض الكبريتيك، التعرف على تركيبه الكيميائي.
  • يُعتبر حمض الكبريتيك من الحموض القديمة التي اكتشفها العلم.
• عرف العلماء الأوروبيون حمض الكبريتيك في القرن الرابع الميلادي، وأول من اكتشفه من العلماء العرب هو جابر بن حيان في القرن الثامن، حيث أطلق عليه اسم زيت الزاج.
• يشتهر هذا الحمض بسرعة ذوبانه في الماء، وصيغته الكيميائية المعروفة هي H2SO4.
  • وهو يتكون من ذرتين من عنصر الهيدروجين، ذرة واحدة من الكبريت، وأربع ذرات من الأكسجين.

بحث عن الرقم الهيدروجيني لحمض الكبريتيك في الكيمياء

• بعد التعرف على الرقم الهيدروجيني للمركبات، وحمض الكبريتيك الذي يتمثل في الصيغة الكيميائية H2SO4، نتناول موضوع الرقم الهيدروجيني لحمض الكبريتيك.
  • حمض الكبريتيك يتميز بأنه من المركبات الكيميائية عالية الحموضة.
• عند تفاعل جميع الحموض، بما في ذلك حمض الكبريتيك، مع الماء، يتم تحرير الأيون الموجب للهيدروجين، مما يمكن من تحديد الرقم الهيدروجيني.
  • وبالتالي، فإن قيمة الرقم الهيدروجيني لحمض الكبريتيك تكون أقل من 7 وفق القاعدة العامة لمقياس الـ PH.

الخصائص الفيزيائية لحمض الكبريتيك

إذ نستعرض بحثنا حول الرقم الهيدروجيني لحمض الكبريتيك، يجدر بنا توضيح بعض الخصائص الفيزيائية التي يتصف بها هذا الحمض، وأهمها:

• ينخفض تركيزه قليلاً عند الغليان بمعدل حوالي 7 بالمئة حيث يفقد جزيئات (SO3) أثناء هذه العملية.
• يحرر حرارة كبيرة عند انحلاله في الماء، لذا يُوصى بحذر عند تمديد هذا الحمض.
  • ويُنصح بإضافة حمض الكبريتيك إلى الماء وليس العكس، لأنه متفاعل للغاية مع الماء.
• سمي بهذا الاسم لأنه تم تحضيره من الزاج الأخضر عبر عملية التسخين والتقطير.
• يتميز حمض الكبريتيك بأنه سائل عديم اللون.

الخصائص الكيميائية لحمض الكبريتيك

• يمتلك حمض الكبريتيك العديد من الخصائص الكيميائية الفريدة.
  • تساهم درجة حموضته التي تقل عن 7 في اختلاف هذه الخصائص حسب تركيزه.
  • كما أنه يمتلك خواص مؤكسدة عند تركيز عالٍ، حيث يقوم بعملية اكتساب الإلكترونات في تفاعلات الأكسدة.
• يمكن لحمض الكبريتيك المركز التفاعل مع جميع المعادن الواقعة قبل عنصر الهيدروجين في الجدول الدوري، وكذلك تفاعله مع اللامعادن.
• بينما الحمض الممدد يتفاعل فقط مع المعادن الواقعة قبل الكربون ولا يتفاعل مع تلك الواقعة بعده إلا بمساعده مؤكسدات قوية مثل حمض الأزوت.

علاقة الرقم الهيدروجيني لحمض الكبريتيك بالبيئة

• لا يمكن أن ننهي موضوع بحثنا حول الرقم الهيدروجيني لحمض الكبريتيك دون توضيح علاقته بالبيئة وتأثيراته.
  • يعتبر حمض الكبريتيك مكونًا رئيسيًا في المطر الحمضي، مما يؤثر سلبًا على النباتات.
• باعتباره مركبًا سامًا، يمكن أن يسبب ضررًا لكافة الكائنات الحية، بما في ذلك الإنسان.
  • الأثر الناتج يمكن أن يؤدي لصدمة عصبية وجفاف قد ينتج عنه وفاة الكائن الحي.