Гідроліз

Визначення гідролізу

Гідроліз - це хімічна реакція іонного обміну між водою і розчиненим у ній речовиною з утворенням слабкого електроліту. (У загальному випадку обмінна взаємодія розчиненої речовини з розчинником зветься - Сольволіз).

У більшості випадків гідроліз супроводжується зміною p розчину.

Більшість реакцій гідролізу - оборотні:

Pb(NO3)2 + H2O Pb(OH)(NO3) + HNO3

Na2HPO4 + H2O NaH2PO4 + NaOH

Деякі реакції гідролізу протікають незворотньо:

Al2S3 + 6H2O 2Al(OH)3 + 3H2S

Причиною гідролізу є взаємодія іонів солі з молекулами води з гідратної оболонки з утворенням малодисоційованих з'єднань чи іонів.

Здатність солей піддаватися гідролізу залежить від двох факторів:

1) властивостей іонів, що утворять сіль;

2) зовнішніх факторів.

Відсутність гідролізу в розчинах

Солі, утворені катіоном сильної підстави й аніоном сильної кислоти (наприклад, LiBr, K2SO4, NaCl4, BaCl, Ca(NO3)2 і ін.) гідролізу не піддаються, тому що ні катіон, ні аніон солі не можуть при взаємодії з водою утворити молекули слабких електролітів. Водяні розчини таких солей мають нейтральну реакцію середовища (p = 7). Практично не гідролізуються також і важкорозчинні солі (CaCO3, Mg3(PO4)2 і ін.) через дуже низьку концентрацію іонів у водяних розчинах цих солей.

Гідроліз по катіону

Солі слабкої підстави і сильної кислоти гідролізуються по катіону:

NH4Cl + H2O NH4OH + HCl

В іонній формі:

NH4+ + H2O NH4OH + H+

Гідроліз солей, утворених багатовалентним катіоном протікає східчасто, через стадії утворення основних солей:

1 ступінь:

Al(NO3)3 + H2O Al(OH)(NO3)2 + HNO3

Al3+ + H2O [Al(OH)]2+ + H+

2 ступінь:

Al(OH)(NO3)2 + H2O Al(OH)2(NO3) + HNO3

[Al(OH)]2+ + H2O [Al(OH)2]+ + H+

3 ступінь:

Al(OH)2(NO3) + H2O Al(OH)3 + HNO3

[Al(OH)2]+ + H2O Al(OH)3 + H+

Гідроліз протікає досить сильно по першій ступіні, слабко - по другій ступіні і зовсім слабко - по третій ступіні (через нагромадження іонів водню, процес зміщається убік вихідних речовин). Більш повному гідролізу сприяє розведення розчину і підвищення температури. (У цьому випадку можна враховувати гідроліз і по третій ступіні.)

При гідролізі по катіоні реакція розчину кисла p 7.

Гідроліз по аніону

Солі, утворені сильною підставою і слабкої (асоційованої) кислотою гідролізуються по аніоні:

CH3COOK + H2O CH3COOH + KOH

В іонній формі:

CH3COO - + H2O CH3COOH +OH-

Солі багатоосновних кислот гідролізуються східчасто (з утворенням кислих солей):

1 ступінь:

K2CO3 + H2O KHCO3 + KOH

CO2-3 + H2O HCO3- + OH-

2 ступінь:

KHCO3 + H2O H2CO3+ KOH

HCO3- + H2O H2CO3 + OH-

Перша ступінь гідролізу протікає досить сильно, а друга - слабко, про що свідчить p розчину карбонату і гідрокарбонату калію. (Лише при сильному розведенні і нагріванні варто враховувати гідроліз кислої солі, що утвориться,). Оскільки при взаємодії з водою аніонів слабких кислот утворяться іони OH-, водяні розчини таких солей мають лужну реакцію (p 7).

Гідроліз по катіону й аніону

Солі, утворені слабкою основою і слабкою кислотою, гідролізуються і по катіону і по аніону:

CH3COONH4 + H2O CH3COOH + NH4OH

Чи в іонній формі:

CH3COO - + NH4+ + H2O CH3COOH + NH4OH

Гідроліз таких солей протікає дуже сильно, оскільки в результаті його утворяться і слабка підстава, і слабка кислота.

Реакція середовища в цьому випадку залежить від порівняльної сили підстави і кислоти, тобто від їхніх констант дисоціації (KD).

Якщо KD(основи) KD(кислоти) , то p 7;

Якщо KD(основи) KD(кислоти), то p 7.

У випадку гідролізу CH3COONH4:

KD(NH4OH) = 6,3 10-5; KD(CH3COOH)=1,8 10-5

Тому реакція водяного розчину цієї солі буде слаболужною, майже нейтральної (p = 78).

Якщо підстава і кислота, що утворять сіль, є не тільки слабкими електролітами, але і малорозчинні чи хитливі і розкладаються з утворенням летучих продуктів, то в цьому випадку гідроліз солі протікає незворотньо:

Al2S3 + 6H2O 2Al(OH)3 + 3H2S

Тому сульфід алюмінію не може існувати у виді водяних розчинів, може бути отриманий тільки сухим способом, наприклад, з елементів при високій температурі:

2Al + 3S t Al2S3

І повинний зберігатися в герметичних судинах, що виключають улучення вологи.

Реакції обміну, супроводжувані гідролізом

До числа таких реакцій відносяться взаємодії солей двовалентних катіонів (крім Ca2+, Sr2+, Ba2+) з водяними розчинами карбонатів натрію чи калію, що супроводжуються утворенням опадів менш розчинних Основних карбонатів

2Cu(NO3)2 + 2Na2CO3 + H2O Cu2(OH)2CO3 + 4NaNO3 + CO2

А також реакції взаємодії солей Al3+, Cr3+ і Fe3+ (*При взаємодії водяних розчинів солей тривалентного заліза із сульфідами лужних металів протікає окислювально-відновна реакція: 2Fe3+ + S2- 2Fe2+ + S0) з водяними розчинами карбонатів і сульфідів лужних металів:

2AlCl + 3Na2CO3 + 3H2O 2Al(OH)3 + 3CO2 + 6NaCl

Cr2(SO4)3 + 3Na2S + 6H2O 2Cr(OH)3 + 3H2S + 3Na2SO4

Кількісні характеристики реакції гідролізу

Ступінь гідролізу (aгідр.) - відношення числа гідролізованих молекул до загального числа розчинених молекул (виражається у відсотках):

Aгидр. = ([C]гідр. / [C]раств.) 100%

Ступінь гідролізу залежить від хімічної природи кислоти, що утвориться при гідролізі, (підстави) і буде тим більше, ніж слабкіше кислота (підстава) (у визначених рівних умовах).