Тема 6 Гидролиз

При растворении вещества в воде протекает ряд последовательных реакций:

1. Гидратация молекул соединения.

2. Диссоциация на ионы и гидратация анионов и катионов.

3. Гидролиз.

Под гидратацией понимается процесс координации молекул воды вокруг иона или молекулы в растворе. Например,

Al³⁺ + 6H₂O = Al(H₂O)₆³⁺

Чем выше поляризующая способность иона, определяемая отношением заряда иона к его размеру, тем выше энергия гидратации и, значит, способность иона к гидратации. Гидролизу в водных растворах подвергаются только катионы слабых оснований или анионы слабых кислот. Их сродство к воде настолько велико, что ведет к разрыву связей H-O-H и образованию слабых электролитов. При этом освобождаются ионы H⁺ или OH^-, следовательно, происходит изменение pH среды. Примером гидролиза соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой (гидролиз по катиону) может служить AlCl₃. Приведем уравнение (1)., отражающее суть гидролиза с учетом механизма диссоциации (а) и гидратации (б):

Al³⁺ + H₂O <=> Al (OH)²⁺ + H⁺ (а)

(1)

[Al(H₂O)₆]³⁺ <=> [Al(H₂O)₅OH]²⁺ + H⁺ (б)

Таким образом, гидролизом называется реакция взаимодействия ионов растворенной соли с водой, в результате которой происходит разложение молекул воды и образование слабых электролитов, как правило, приводящие к изменению pH раствора.

Гидролизу подвергаются: катионы – Al³⁺, Cr³⁺, Fe³⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, NH₄ и т.д. анионы – NO₂^-, Cr₂O₇^2-, S^2-, CN^-, CH₃COO^-, PO₄^3-, ClO^4- и т.д.

Примером гидролиза солей, образованных сильным основанием и слабой кислотой (гидролиз по аниону) может быть реакция:

CH₃COONa + HOH <=> CH₃COOH + NaOH (2)

CH₃COO^- + HOH <=> CH₃COOH + OH^-

Ионы CH₃COO^- взаимодействуют с ионами Н⁺ воды, образую молекулы слабодиссоциированной уксусной кислоты. Ионы же Na⁺ не связываются с OH^-, так как NaOH – сильный электролит.

В результате происходит накопление свободных ионов OH^-, что обуславливает создание щелочной среды, pH > 7.

При добавлении к раствору ацетата натрия сильной кислоты, например, HCl, происходит усиление гидролиза, так как ионы OH^- связываются с ионами H⁺ и для сохранения равновесия должна образоваться новая порция кислоты CH₃COOH с высвобождением OH^- ионов из воды.

Добавка щелочи к раствору CH₃COONa, наоборот, подавляет гидролиз, так как возрастает концентрация продуктов реакции (ионов OH^-) и для восстановления равновесия часть ионов OH^- должна прореагировать с кислотой, с образованием соли и воды.

Гидролиз – процесс обратимый. При равенстве скоростей процесса гидролиза и обратного ему процесса (как называется процесс ? ) устанавливается равновесие, которое характеризуется константой гидролиза. Выражение константы гидролиза К_г зависит от природы соли, подвергающей гидролизу.

К_гCH₃COOH = ; [H₂O] – const

Более правильным является выражение К_г в терминах активности:

К_г =

Если числитель и знаменатель (2) домножить на a(H⁺), то К_г можно записать в виде:

К_г = =,

Где Kw = a(H⁺) * a(OH^-) – ионное произведение воды.

Кд – константа диссоциации уксусной кислоты.

Можно рассчитать pH соли, подвергшейся гидролизу. Для этого надо учесть, что в результате гидролиза солей одноосновных кислот активности продуктов гидролиза равны. Для ацетатной соли в соответствии с уравнением реакции(1): a(CH₃COOH) = a(OH^-). Тогда из (2) и (3):

a ²(OH^-) = К_г * a(CH₃COO^-) = * a(CH₃COO^-)

При гидролизе разбавленных растворов можно считать, что a(CH₃COO^-) = C_соли; f 1

a( OH^-) = × C_соли

pOH = 7- pK_{уксусн.к-ты} - lg C_соли

pH = 14 – pOH = 7 + pK_{уксусн.к-ты} + lg C_соли

Если подвергается гидролизу соль двухосновной кислоты, например, угольной, которая диссоциирует ступенчато и характеризуется двумя константами ионизации