Гидролиз

Гидролиз

-Гидролиз солей - это химическое взаимодействие ионов соли с ионами воды, приводящее к образованию слабого электролита.

При гидролизе солей меняется реакция среды или кислотность (основность), т. е. среда может становиться кислой, щелочной или оставаться нейтральной. Для определения кислотности среды пользуются водородным показателем или рН.

ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ (рН) – это одно из важнейших свойств водных растворов – их кислотность (или щелочность), которая определяется концентрацией ионов Н+ и ОН–.

Концентрации этих ионов в водных растворах связаны простой зависимостью [H+][OH–] = Кw; (квадратными скобками принято обозначать концентрацию в единицах моль/л). Величина Kw называется ионным произведением воды и при данной температуре постоянна.

Kw при 25оС равно 1×10–14.

В абсолютно чистой воде, не содержащей даже растворенных газов, концентрации ионов Н+ и ОН– равны (раствор нейтрален). В других случаях эти концентрации не совпадают: в кислых растворах преобладают ионы Н+, в щелочных – ионы ОН–. Но их произведение в любых водных растворах постоянно. Поэтому если увеличить концентрацию одного из этих ионов, то концентрация другого иона уменьшится во столько же раз. Так, в слабом растворе кислоты, в котором [H+] = 10–5 моль/л, [OH–] = 10–9 моль/л, а их произведение по-прежнему равно 10–14.

Но пользоваться отрицательными степенями в химии неудобно, поэтому используют водородный показатель или рН.

рН = –lg[Н+]

эта величина может изменяться в небольших пределах – всего от 1 до 14.

При комнатной температуре в нейтральных растворах рН = 7, в кислых растворах рН < 7, а в щелочных рН > 7. Приблизительно значение рН водного раствора можно определить с помощью индикаторов.

рН(HCl) = 1,0

рН (H2SO4)= 1,2

рН (H2S) = 4,1

рН (Слюна) = 7,4–8

рН (Кровь) = 7,35–7,45

рН (Mg(OH)2) = 10,5

рН (Ca(OH)2) = 11,5

рН (NaOH) = 13,0

рН (Na2CO3) = 11

Значения рН сразу показывают сравнительную силу кислот и оснований. Хорошо видно также сильное изменение нейтральной среды в результате гидролиза солей, образованных слабыми кислотами и основаниями.

Определенные значения рН имеют исключительно большое значение для жизнедеятельности живых организмов. Биохимические процессы в них должны протекать при строго заданной кислотности. Биологические катализаторы – ферменты способны работать только в определенных пределах рН, а при выходе за эти пределы их активность может резко снижаться. Например, активность фермента пепсина, который катализирует гидролиз белков и способствует таким образом перевариванию белковой пищи в желудке, максимальна при значениях рН около 2. Поэтому для нормального пищеварения необходимо, чтобы желудочный сок имел довольно низкие значения рН: в норме 1,53–1,67.

С помощью гидролиза солей они тоже меняют реакцию среды. Гидролиз – процесс обратимый, поэтому для него характерны все характеристики обратимых реакций.

В зависимости от природы соли в растворе накапливаются либо ионы Н+, либо ОН-, которые и определяют реакцию среды.

Гидролиз соли - это реакция, обратная реакции нейтрализации. Поэтому каждую соль можно представить себе как соединение, образованное основанием и кислотой. Кислоты и основания бывают сильными или слабыми электролитами. В зависимости от силы исходной кислоты и исходного основания различают четыре типа солей:

• образованные сильным основанием и слабой кислотой:

• образованные слабым основанием и сильной кислотой:

• образованные слабым основанием и слабой кислотой:

• образованные сильным основанием и сильной кислотой:

1)  Гидролиз соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой (например KClO, Nа2СО3, СН3СООNа, NаСN, Nа2S, К2SiO3.)

Рассмотрим гидролиз карбоната натрия Na2CO3. Для составления уравнений гидролиза Na2CO3 по ступеням исходим из следующего положения. Соль образована сильным основанием и слабой кислотой. Ион слабой кислоты будет связывать ионы водорода воды. Поскольку ион несет две единицы заряда, то следует рассматривать две ступени гидролиза. Для каждой ступени надо уметь записывать три вида уравнений: а) в сокращенной ионной форме; б) в ионной форме;

Первая ступень:

Вторая ступень:

В обычных условиях гидролиз протекает главным образом по первой ступени: ионы связывают ионы водорода Н+ воды, образуя сначала , и лишь при сильном разбавлении и нагревании следует учитывать гидролиз образовавшейся кислой соли.

Поэтому в основном результат гидролиза соли – это первая ступень.

Итак, в результате гидролиза соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием, ионы водорода Н+ (от молекул воды Н2О) образуют с ионами устойчивые ионы . В растворе накапливаются свободные ионы ОН–, поэтому среда становится щелочной, [Н+] < [ОН–].

Гидролиз соли, образованной сильным основанием и слабой кислотой идет по аниону, среда становится щелочной, т. е. рН >7, образуется кислая соль.

--Гидролиз сульфида калия:

--Гидролиз силиката лития:

2)  Гидролиз соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой (например Аl2(SО4)3, FеСl2, СuВr2, NН4Сl.)

Гидролиз хлорида алюминия AlCl3. Cоль AlCl3 образована сильной кислотой HCl и слабым основанием Al(OH)3. При гидролизе ион Al3+ будет отрывать гидроксид-ионы ОН– от молекул Н2О. Освобождающиеся катионы водорода Н+ обусловливают кислую среду раствора.

Первая ступень:

Вторая ступень:

Третья ступень:

Реакция по третьей ступени практически не протекает. Ввиду накопления ионов водорода процесс смещается в сторону исходных веществ. Однако разбавление раствора и повышение температуры усиливают гидролиз. Поэтому может происходить гидролиз и по третьей ступени.

Гидролиз соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой идет по катиону, среда становится кислой, т. е. рН <7, образуется основная соль.

3)  Гидролиз соли, образованной слабым основанием и слабой кислотой (например Аl2S3, Cr2S3, СН3СООNН4, (NН4)2СО3.)

При растворении в воде таких cолей образуются малодиссоциирующие кислота и основание. Процесс такого гидролиза часто необратимый (или его называют полный гидролиз)

Поэтому в растворах соли слабых оснований и слабых кислот существовать не могут, они полностью гидролизуются:

Гидролиз соли, образованной слабым основанием и слабой кислотой идет и по катиону, и по аниону, среда при этом нейтральная, т. е. рН =7.

4)  Гидролиз соли, образованной сильным основанием и сильной кислотой (например, KBr, NаNО3, Nа2SO4 )

При растворении в воде такие соли не гидролизуются и раствор имеет нейтральную среду.

Гидролиз бинарных соединений

Некоторые бинарные соединения тоже подвергаются гидролизу:

·  Гидролиз нитридов – идет с образованием аммиака:

·  Гидролиз карбидов – идет с образованием метана (исключение карбид кальция, при гидролизе которого образуется ацетилен):

·  Гидролиз фосфидов – идет с образованием фосфина:

·  Гидролиз силицидов – идет с образованием силана: