أس الهيدروجين (عامل الأس الهيدروجيني) هو مقياس لنشاط أيونات الهيدروجين في محلول ، معبراً عن حموضته كمياً. عندما لا يكون الأس الهيدروجيني عند المستويات المثلى ، تبدأ النباتات في فقدان قدرتها على امتصاص بعض العناصر اللازمة للنمو الصحي. تحتوي جميع النباتات على مستوى أس هيدروجيني محدد يسمح بأقصى نتائج نمو. تفضل معظم النباتات وسط نمو حمضي قليلاً (بين 5.5-6.5).
أس الهيدروجين في الصيغ
في المحاليل المخففة للغاية ، يكون الرقم الهيدروجيني مكافئًا لتركيز أيونات الهيدروجين. متساوي في الحجم ومعاكس في الإشارة إلى اللوغاريتم العشري لنشاط أيونات الهيدروجين ، معبراً عنه بالمولات لكل لتر:
الرقم الهيدروجيني = -lg [H+]
في ظل الظروف القياسية ، تقع قيمة الأس الهيدروجيني في النطاق من 0 إلى 14. في الماء النقي ، عند الرقم الهيدروجيني المحايد ، يكون تركيز H+ يساوي تركيز OH– وهو 1 10-7 الخلد لكل لتر. يتم تعريف أقصى قيمة ممكنة للرقم الهيدروجيني على أنها مجموع الأس الهيدروجيني و الأس الهيدروجيني وتساوي 14.
على عكس الاعتقاد الشائع ، يمكن أن يختلف الأس الهيدروجيني ليس فقط في النطاق من 0 إلى 14 ، ولكن يمكن أيضًا أن يتجاوز هذه الحدود. على سبيل المثال ، عند تركيز أيونات الهيدروجين [H.+] = 10-15 مول / لتر ، الرقم الهيدروجيني = 15 ، بتركيز أيونات الهيدروكسيد [OH–] 10 مول / لتر pOH = −1.
من المهم أن نفهم! مقياس الأس الهيدروجيني هو لوغاريتمي ، مما يعني أن كل وحدة تغيير تساوي عشرة أضعاف تغيير في تركيز أيونات الهيدروجين. بعبارة أخرى ، يكون محلول الأس الهيدروجيني 6 أكثر حمضية بعشر مرات من محلول الأس الهيدروجيني 7 ، وسيكون محلول الأس الهيدروجيني 5 أكثر حمضية بعشر مرات من محلول الأس الهيدروجيني 6 وأكثر حمضية بمئة مرة من محلول الأس الهيدروجيني 7. أنت تقوم بتعديل الرقم الهيدروجيني لمحلول المغذيات الخاص بك وتحتاج إلى تغيير الرقم الهيدروجيني بنقطتين (على سبيل المثال ، من 7.5 إلى 5.5) ، يجب عليك استخدام مصحح الأس الهيدروجيني عشر مرات أكثر مما لو كنت تقوم بتغيير الرقم الهيدروجيني بنقطة واحدة فقط (من 7.5 إلى 6.5).
طرق تحديد الأس الهيدروجيني
تُستخدم عدة طرق على نطاق واسع لتحديد قيمة الأس الهيدروجيني للحلول. يمكن تقدير الأس الهيدروجيني تقريبًا باستخدام مؤشرات ، أو قياسه بدقة بمقياس الأس الهيدروجيني ، أو تحديده تحليليًا عن طريق معايرة القاعدة الحمضية.
مؤشرات الحمض القاعدي
لتقدير تقريبي لتركيز أيونات الهيدروجين ، تُستخدم مؤشرات القاعدة الحمضية على نطاق واسع – مواد الصبغة العضوية ، التي يعتمد لونها على الرقم الهيدروجيني للوسط. من أشهر المؤشرات عباد الشمس ، الفينول فثالين ، برتقال الميثيل (برتقال الميثيل) وغيرها. يمكن أن توجد المؤشرات في شكلين مختلفين الألوان – إما حمضية أو قاعدية. يحدث تغير لون كل مؤشر في نطاق حموضته ، عادة 1-2 وحدة.
مؤشر عالمي
لتوسيع نطاق عمل قياس الأس الهيدروجيني ، يتم استخدام ما يسمى بالمؤشر العالمي ، وهو مزيج من عدة مؤشرات. يتغير اللون المؤشر العالمي بالتتابع من الأحمر إلى الأصفر والأخضر والأزرق إلى البنفسجي عند المرور من المنطقة الحمضية إلى المنطقة الرئيسية.
حلول مثل هذه المخاليط – عادة ما يتم تشريب “المؤشرات العالمية” بشرائط من “ورقة المؤشر” ، والتي يمكن من خلالها بسرعة (بدقة وحدات الأس الهيدروجيني أو حتى أعشار الأس الهيدروجيني) تحديد حموضة المادة التي تم فحصها محاليل مائية. للحصول على تحديد أكثر دقة ، تتم مقارنة لون ورقة المؤشر التي تم الحصول عليها عند تطبيق قطرة من المحلول على الفور بمقياس اللون المرجعي ، والذي يظهر شكله في الصور.
من الصعب تحديد الأس الهيدروجيني بواسطة طريقة المؤشر بالنسبة للمحاليل العكرة أو الملونة.
بالنظر إلى حقيقة أن قيم الأس الهيدروجيني المثلى لمحاليل المغذيات في الزراعة المائية لها نطاق ضيق للغاية (عادة من 5.5 إلى 6.5) ، أستخدم أيضًا مجموعات أخرى من المؤشرات. على سبيل المثال ، يحتوي اختبار الأس الهيدروجيني للسائل على نطاق تشغيل ومقياس من 4.0 إلى 8.0 ، مما يجعله أكثر دقة من ورقة المؤشر العالمية.
مقياس الأس الهيدروجيني
يتيح لك استخدام جهاز خاص – مقياس الأس الهيدروجيني – قياس الأس الهيدروجيني في نطاق أوسع وأكثر دقة (حتى 0,01 وحدة من وحدات الأس الهيدروجيني) من استخدام المؤشرات العالمية. الطريقة مريحة ودقيقة للغاية ، خاصة بعد معايرة إلكترود المؤشر في نطاق الأس الهيدروجيني المحدد. يسمح بقياس الرقم الهيدروجيني للمحاليل غير الشفافة والملونة ، وبالتالي فهو مستخدم على نطاق واسع.
للحصول على دراسة أكثر تفصيلاً للموضوع ، نوصي بزيارة القسم المقابل للمنتدى: “مقاييس الأس الهيدروجيني”.
الطريقة الحجمية التحليلية
تعطي الطريقة الحجمية التحليلية – معايرة القاعدة الحمضية – نتائج دقيقة لتحديد حموضة المحاليل. يضاف محلول بتركيز معروف (محلول معاير) بالتنقيط إلى محلول الاختبار. عندما يتم خلطها ، يحدث تفاعل كيميائي. يتم إصلاح نقطة التكافؤ – اللحظة التي يكون فيها المعاير كافيًا تمامًا لإكمال التفاعل تمامًا – باستخدام مؤشر. علاوة على ذلك ، مع معرفة تركيز وحجم محلول المعاير المضاف ، يتم حساب حموضة المحلول.
تأثير درجة الحرارة على قيم الأس الهيدروجيني
يمكن أن تتغير قيمة الأس الهيدروجيني على نطاق واسع مع تغيرات في درجة الحرارة. لذلك ، يحتوي محلول NaOH 0,001 مولار عند 20 درجة مئوية على الرقم الهيدروجيني = 11,73 ، وعند 30 درجة مئوية الرقم الهيدروجيني = 10,83. يتم تفسير تأثير درجة الحرارة على قيم الأس الهيدروجيني من خلال التفكك المختلف لأيونات الهيدروجين (H+) وليس خطأ تجريبيًا. لا يمكن تعويض تأثير درجة الحرارة عن طريق إلكترونيات مقياس الأس الهيدروجيني.
ضبط الأس الهيدروجيني لمحلول المغذيات
تحمض محلول المغذيات
عادة ما يحتاج محلول المغذيات إلى التحمض. يتسبب امتصاص النباتات للأيونات في قلونة المحلول التدريجي. غالبًا ما يحتاج أي محلول به درجة حموضة 7 أو أعلى إلى تعديله إلى الرقم الهيدروجيني الأمثل. يمكن استخدام أحماض مختلفة لتحمض محلول المغذيات. تستخدم أحماض الكبريتيك أو الفوسفوريك بشكل شائع. الحل الأفضل للمحاليل المائية هو المحاليل الوقائية مثل pH ناقص Bloom و pH ناقص Grow. هذه المنتجات لا ترفع قيم الأس الهيدروجيني إلى المستوى الأمثل فحسب ، بل تعمل أيضًا على استقرار القيم لفترة طويلة.
عند ضبط الأس الهيدروجيني باستخدام كل من الأحماض والقلويات ، يجب ارتداء قفازات مطاطية لتجنب حروق الجلد. كيميائي متمرس ماهر في التعامل مع حامض الكبريتيك المركز ، مضيفًا قطرة الحمض إلى الماء. ولكن بالنسبة لعلماء الزراعة المائية المبتدئين ، ربما يكون من الأفضل اللجوء إلى كيميائي متمرس واطلب منه تحضير محلول حمض الكبريتيك بنسبة 25٪. أثناء إضافة الحمض ، يتم تقليب المحلول وتحديد الرقم الهيدروجيني له. بعد معرفة الكمية التقريبية لحمض الكبريتيك ، يمكن إضافته في المستقبل من أسطوانة متدرجة.
يجب إضافة حمض الكبريتيك في أجزاء صغيرة حتى لا يتم تحمض المحلول كثيرًا ، والذي سيتعين بعد ذلك أن يصبح قلويًا مرة أخرى. في عامل قليل الخبرة ، يمكن أن يستمر التحميض والقلوية إلى أجل غير مسمى. بالإضافة إلى إضاعة الوقت والمواد الكاشفة ، يؤدي هذا التنظيم إلى عدم توازن محلول المغذيات بسبب تراكم الأيونات غير الضرورية للنباتات.
قلونة محلول المغذيات
المحاليل الحمضية للغاية مصنوعة من القلوية مع الصوديوم الكاوية (هيدروكسيد الصوديوم). كما يوحي اسمها ، فهي مادة تآكل ، لذا يجب ارتداء القفازات المطاطية. يوصى بشراء هيدروكسيد الصوديوم على شكل أقراص. في متاجر الكيماويات المنزلية ، يمكن شراء هيدروكسيد الصوديوم كمنظف للأنابيب ، مثل مول. قم بإذابة حبة واحدة في 0,5 لتر من الماء وأضف المحلول القلوي تدريجيًا إلى محلول المغذيات مع التحريك المستمر ، وفحص درجة الحموضة بشكل متكرر. لا يمكن لأي حسابات رياضية حساب كمية الأحماض أو القلويات التي يجب إضافتها في حالة معينة.
إذا كنت ترغب في زراعة عدة محاصيل في منصة نقالة واحدة ، فأنت بحاجة إلى تحديدها بحيث لا تتطابق فقط مع درجة الحموضة المثلى ، ولكن أيضًا الاحتياجات لعوامل النمو الأخرى. على سبيل المثال ، تحتاج أزهار النرجس البري والأقحوان الصفراء إلى درجة حموضة 6,8 ، لكن ظروف رطوبة مختلفة ، لذلك لا يمكن زراعتها على نفس المنصة. إذا أعطيت النرجس البري قدرًا كبيرًا من الرطوبة مثل الأقحوان ، فسوف تتعفن بصيلات النرجس البري. في التجارب ، وصل الراوند إلى أقصى نمو له عند درجة الحموضة 6,5 ، ولكن يمكن أن ينمو حتى عند درجة الحموضة 3,5. يعطي الشوفان ، الذي يفضل الرقم الهيدروجيني حوالي 6 ، غلة جيدة عند درجة الحموضة 4 ، إذا زادت جرعة النيتروجين في محلول المغذيات بشكل كبير. تنمو البطاطس في نطاق واسع إلى حد ما من الأس الهيدروجيني ، لكنها تزدهر بشكل أفضل عند درجة حموضة تبلغ 5,5. تحت هذا الرقم الهيدروجيني ، يتم أيضًا الحصول على عوائد عالية من الدرنات ، لكنها تكتسب طعمًا حامضًا. للحصول على غلات عالية الجودة ، يجب تعديل الرقم الهيدروجيني لمحاليل المغذيات بدقة.
