Сущность гидролиза и типы гидролиза солей
В общем случае под гидролизом понимают реакцию разложения вещества водой (от греч. «гидро» - вода, «лизис» - разложение). Гидролизу могут подвергаться белки, жиры, углеводы, эфиры и другие вещества. В неорганической химии чаще всего встречаются с гидролизом солей.
Гидролизом соли называется взаимодействие ионов соли с ионами воды, которое приводит к образованию слабых электролитов. В результате гидролиза солей их водные растворы показывают кислую, щелочную или нейтральную реакцию среды. Реакция среды зависит от концентрации ионов водорода Н+ или гидроксид-ионов ОН-.
Вода является слабым электролитом и диссоциирует по уравнению
Н2О = Н+ + ОН-.
Появление избытка ионов Н+ или ОН - в растворе объясняется тем, что ионы соли реагируют с ионами воды. -
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.
Гидролиз воды
В чистой воде при 25 °C концентрации ионов водорода ([H+]) и гидроксид-ионов ([OH-]) одинаковы и составляют 10−7 моль/л, это напрямую следует из определения ионного произведения воды, которое равно [H+] · [OH-] и составляет 10−14 моль²/л² (при 25 °C).
Когда концентрации обоих видов ионов в растворе одинаковы, говорят, что раствор имеет нейтральную реакцию. При добавлении к воде кислоты концентрация ионов водорода увеличивается, а концентрация гидроксид-ионов соответственно уменьшается, при добавлении основания — наоборот, повышается содержание гидроксид-ионов, а концентрация ионов водорода падает. Когда [H+] > [OH-] ( рН <7) говорят, что раствор является кислым, а при [OH-] > [H+] — щелочным ( рН >7).
Cреда нейтральная ( рН =7)
Соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой
В водном растворе цианида калия соль полностью распадается на ионы калия К+ и цианид-ионы CN-. Ионы калия К+ и гидроксид-ионы ОН - могут находиться в растворе одновременно в значительных количествах. Ионы водорода Н+ и цианид-ионы CN - взаимодействуют между собой с образованием циановодородной кислоты. Этот процесс схематически может быть представлен следующим образом:
KCN -> К+ + CN -
К+ + Н2О + CN - = ОН - + НCN + К+
В результате гидролиза такой соли в растворе находятся полностью продиссоциированная щелочь и слабо диссоциированная кислота.
В результате того, что в растворе образуется сильный электролит гидроксид калия, концентрация гидроксид-ионов ( ОН-) будет значительно больше концентрации ионов водорода Н+. В растворе соли возникает щелочная среда, т. е. рН > 7
Гидролиз цианида калия в сокращенной ионной форме можно представить уравнением
CN - + Н2О = ОН - + HCN.
Подобно раствору KCN, раствор ацетата натрия также имеет щелочную среду, что видно из молекулярного и сокращенного ионного уравнений гидролиза:
CHgCOONa + Н2О = СН3СООН + NaOH;
Na+ +СН3СОО - + Н2О = СН3СООН + Na+ + ОН-.
СН3СОО - + Н2О = СН3СООН + ОН-.
Сокращенное ионное уравнение показывает, что гидролиз соли, образованной сильным основанием и слабой кислотой, идет по аниону слабой кислоты и реакция среды становится щелочной.
Соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой
Примером такой соли является йодид аммония NH4I. При растворении этой соли в воде катион аммония связывает гидроксид-ион ОН - воды, а ионы водорода накапливаются в растворе:
NH4I + Н2О = NH4OH + HI; NH4+ + I- +Н2О = NH4OH + H++ I-
NH4+ + Н2О = NH4OH + H+.
В результате гидролиза данной соли в растворе, образуются слабое основание NH4OH и сильная кислота HI. Йодоводородная кислота является сильным электролитом и в водном растворе полностью распадается на ионы. Концентрация ионов водорода становится значительно больше, чем концентрация гидроксид-ионов, и раствор соли имеет кислую среду,
т. е рН < 7.
Таким образом, гидролиз соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой, идет по катиону слабого основания и реакция среды становится кислой.
Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой
В случае гидролиза солей, образованных слабым основанием и слабой кислотой, оба иона ОН - и Н+ воды связываются. Образуются слабая кислота и слабое основание. CH3COONH4 -> СН3СОО - + NH4+
СН3СОО - + NH4+ +H2O = CH3COOH + СН3СОО- + NH4+
Гидролиз соли идет одновременно и по катиону, и по аниону. В зависимости от константы диссоциации продуктов гидролиза (кислоты и основания) реакция среды растворов таких солей может быть слабокислой, слабощелочной или нейтральной. Например, реакция среды в случае гидролиза ацетата аммония CH3COONH4 — нейтральная, поскольку константы диссоциации СН3СООН и NH4OH равны. В случае же гидролиза соли цианида аммония NH4CN реакция среды слабощелочная.
Таким образом, гидролиз соли, образованной слабым основанием и слабой кислотой, идет одновременно и по катиону, и по аниону. Реакция среды зависит от констант диссоциации продуктов гидролиза.
Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой
Соли этого типа гидролизу не подвергаются, потому что катионы и анионы этих солей не связываются с ионами Н+ и ОН - воды и в растворе не образуются молекулы слабых электролитов. Поскольку в растворе находятся ионы воды Н+ и ОН-, реакция среды растворов этих солей остается нейтральной. Рассмотрим это на примере раствора хлорида натрия. Взаимодействие этой соли с водой можно представить уравнениями
NaCl + Н2О = NaOH + HCl или
Na++ Сl - + Н2О = Na+ + ОН– + Н+ + Сl–
Производя сокращения в ионном уравнении, получаем Н2О = Н+ + ОН–. Отсюда видно, что ионы соли не участвуют в реакций и среда остается нейтральной.
Следовательно, соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием, при растворении в воде гидролизу не подвергаются, а реакция среды остается нейтральной.
2- часть.
Ступенчатый гидролиз
Выше рассмотрен гидролиз солей, образованных одноосновными кислотами и однокислотными основаниями. Продуктами гидролиза таких солей являются кислоты и основания.
Если соль образована слабой многоосновной кислотой или слабым многокислотным основанием, то гидролиз данной соли может протекать ступенчато. Число ступеней гидролиза зависит от основности слабой кислоты и кислотности слабого основания.
Рассмотрим гидролиз соли, образованной слабой многоосновной кислотой и сильным основанием. В водном растворе этих солей на первой ступени гидролиза образуется кислая соль вместо кислоты и сильное основание. Ступенчато гидролизуются соли K2Si03, Na2SO3, Na2S, Na3PO4 и др. Например, гидролиз Na2CO3 может быть изображен в виде уравнений.
Первая ступень: Na2CO3 + Н2О = NaHCO3 + NaOH;
2Na+ + С032- + Н20 = Na+ + HCO3- + Na+ + ОН -
С032- + Н20 = HCO3- + ОН-
Продуктами первой ступени гидролиза является кислая соль гидрокарбонат натрия NaHCO3 и гидроксид натрия NaOH.
Вторая ступень: NaHCO3 + Н2О = Н2СО3 + NaOH;
Na+ + HCO3- + Н2О = Н2СО3 + Na+ + ОН -
HCO3- + Н2О = Н2СО3 + ОН-.
Продуктами второй ступени гидролиза карбоната натрия Na2CO3 являются гидроксид натрия и слабая угольная кислота Н2СО3 (кислота разлагается на CO2 и Н2О). Гидролиз по второй ступени протекает в значительно меньшей степени, чем по первой ступени. Среда раствора соли карбоната натрия Na2CO3 - щелочная (рН > 7), так как в растворе увеличивается концентрация гидроксид-ионов ОН-.
Гидролиз солей трехосновных слабых кислот протекает по трем ступеням.
Гидролиз по первой ступени происходит в значительно большей степени, чем по второй. По третьей ступени гидролиз фосфата натрия практически не идет.
Гидролиз соли, образованной слабым многокислотным основанием и сильной кислотой. В водных растворах таких солей на первой ступени образуется основная соль вместо основания и сильная кислота. Ступенчатому гидролизу подвергаются соли: MgSO4, FeCl3, FeCl2, ZnCl2 и др. Например, гидролиз хлорида цинка ZnCl2 протекает по двум ступеням.
Первая ступень: ZnCl2+ H2O = ZnOHCl + НС1;
Zn2+ + 2Сl - + H2O = ZnOH + + Cl - + Н+ + Cl -
Zn2+ + H2O = ZnOH + + Н+
Вторая ступень: ZnOHCl+ H2O = Zn(OH)2 + HC1;
ZnOH + + Cl - + H2O = Zn(OH)2 + Н+ + Cl -
ZnOH + + H2O = Zn(OH)2 + Н+
Гидролиз соли идет по катиону, так как соль образована слабым основанием Zn(OH)2 и сильной кислотой НС1. Катионы цинка Zn2+ связывают гидроксид-ионы ОН - воды. На первой ступени образуется основная соль ZnOHCl и сильная кислота НС1. На второй ступени образуется слабое основание Zn(OH)2 и тоже сильная хлороводородная кислота. Гидролиз по первой ступени протекает значительно больше, чем по второй. В растворе увеличивается концентрация ионов водорода Н+ и реакция среды будет кислая (рН <7).
Необратимый, или полный, гидролиз
Гидролиз солей, в результате которого образуются малорастворимые или газообразные продукты, удаляющиеся из сферы реакции, является необратимым. Например, при гидролизе сульфида алюминия Al2S3 выделяется газ H2S и образуется осадок А1(ОН)3. В результате соль Al2S3 в водных растворах существовать не может:
Al2S3 + 6Н2О = 2А1(ОН)3 + 3H2S
Основные порталы (построено редакторами)