Гидролиз солей, три случая гидролиза.
Гидролиз соли - это обратимый, обменный процесс взаимодействия ионов соли с водой, приводящий к образованию слабых электролитов. В результате гидролиза изменяется кислотность среды.
Рассмотрим наиболее типичные случаи гидролиза солей.
1. Соль, образованная слабым основанием и сильной кислотой (гидролиз по катиону).
NH4Cl+HOHNH4OH+HCl
NH4+ +Cl-+HOHNH4OH+H++ Cl-
NH4+ +HOHNH4OH+H+
В растворе накапливаются ионы H+, в результате чего реакция смещается в кислую сторону, рН в растворах солей подобного типа меньше7.
2. Соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой (гидролиз по аниону).
CH3COONa+HOHCH3COOH+NaOH
CH3COO-+Na++HOHCH3COOH+Na++OH-
CH3COO-+HOHCH3COOH+OH-
В данном случае гидролиз ведет к увеличению концентраций ионов в растворе, среда щелочная, рН>7.
3. Соль, образованная слабой кислотой и слабым основанием (гидролиз по катиону и по аниону).
CH3COONH4 +HOHCH3COOH+NH4OH
CH3COO- + NH4+ +HOHCH3COOH+NH4OH
В результате гидролиза ацетата аммония происходит образование двух слабых электролитов, раствор оказывается близким к нейтральному, рН~7.
4. Соль, образованная сильным основанием и сильной кислотой.
Под гидролизом солей подразумеваются процессы реакций между молекулами воды и молекулами растворенных в ней солей. В результате подобной реакции образовываются малодиссоциированные соединения. Процесс может происходить не только с участием солей, но и в случае присутствия в воде прочих растворенных веществ – углеводов, белков, жиров или эфиров. Численно к реакции применяются две величины – степень гидролиза (β) и константа гидролиза солей (К[г]).
В результате реакции, как правило, наблюдается изменение кислотности исходного раствора. Вместо органического растворителя (воды) может использоваться растворитель другого типа. Однако в этом случае реакцию между растворителем и солью называют сольволизом.
Важно знать, что в гидролиз вовлекаются лишь те соли, которые являются производными компонентами слабых оснований и кислот. Соли, полученные из сильных оснований и кислот, гидролитической реакции не подвержены.
Чтобы дать характеристику полноте протекания процесса, используется специальное определение – степень гидролиза (β). Степень гидролиза определяет соотношение величины концентрации молекул, которые подвергаются гидролизу (С[гидр]) к первоначальной (исходной) концентрации уже растворенной соли (С[исх.]). Математически это можно выразить следующим уравнением: β = С[гидр] / С[исх.].
Степень реакции напрямую зависит от трех факторов:
- природы ионов, из которых состоит соль;
- концентрации ионов соли;
- температуры раствора.
Степень гидролиза имеет свойство увеличиваться по мере уменьшения константы диссоциации слабого основания или кислоты, а также при снижении степени концентрации солей и повышении температуры.
Реакция может происходить в заметной степени лишь в разбавленных растворах. Поэтому если величина С[H20] имеет примерно постоянное значение, значит, появляется возможность вычислить и производную величину К[г] (или константа гидролиза). В зависимости от относительных свойств кислоты и основания, из которых образованы соли, гидролиз может происходить по одной из трех схем, поэтому и константа гидролиза соли рассчитывается по-разному.
Гидролиз солей, являющихся производными частями сильной кислоты и слабого основания (другое название процесса – гидролиз по катиону)
Константа гидролиза определяется по следующей формуле: К[г] = К[W] / К[основание], где К[W] – это результат ионного произведения воды (С[Н] + С[ОН(-)]).
Из приведенного выражения константы гидролиза видно, что при снижении силы основания наблюдается увеличение значения константы гидролиза, а, значит, и степени гидролиза. В свою очередь, степень гидролиза имеет свойство увеличиваться при уменьшении величины силы основания и степени концентрации солей в растворе. Увеличение температуры реакции также ведет к увеличению константы гидролиза и росту значения степени гидролиза.
Гидролиз солей, являющихся производными сильного основания и слабой кислоты (другое название процесса – гидролиз по аниону)
Константа гидролиза вычисляется по следующей формуле: К[г] = К[W] / К[кислота], где значение К[кислота] – это константа диссоциации для слабой кислоты.
Гидролиз солей, являющихся производными слабого основания и слабой кислоты (другое название – гидролиз по катиону и аниону)
В этом случае константа гидролиза будет определяться величинами константы диссоциации слабого основания и слабой кислоты. Рассчитывается она по следующей формуле: К[г] = К[W] / К[кислота] * К[основание].
Значение процесса гидролиза
Реакции, происходящие в гидролизного процесса, широко используются в современных производственных процессах. Например, такая реакция используется для очистки воды от вредных примесей коллоидного и грубодисперсного ряда. Для этого применяются специальные осадки гидроксидов железа и алюминия, получаемые благодаря гидролизу сульфатов железа, хлоридов железа и сульфатов алюминия.
Гидролиз – это важная часть процесса пищеварения живых организмов на Земле. Большая часть энергии, необходимой для существования организма, запасается в качестве аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Выделение же энергии происходит благодаря процессу гидролиза с участием АТФ.