Гидролиз - определение, типы и примеры

9. Гидролиз.

Гидролиз (от греч. "гидро" – вода и "лизис" – расщепление) – это реакция обменного разложения вещества с водой, при которой происходит образование новых соединений. В контексте неорганической химии чаще всего говорят о гидролизе солей, который приводит к изменению pH раствора.

Суть гидролиза солей заключается во взаимодействии ионов соли с молекулами воды, в результате чего образуются малодиссоциирующие соединения (слабые кислоты или слабые основания) и происходит накопление ионов H⁺ или OH^-, что приводит к изменению кислотности среды.

Различают четыре основных типа гидролиза солей, в зависимости от силы кислоты и основания, образующих соль:

1. Гидролиз соли, образованной сильным основанием и слабой кислотой.

Пример: ацетат натрия (CH₃COONa).

В водном растворе соль диссоциирует:

\[\text{CH}_3\text{COONa} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{Na}^+\]

Катион Na⁺ является ионом сильного основания (NaOH) и не взаимодействует с водой. Анион CH₃COO^- является анионом слабой кислоты (CH₃COOH) и взаимодействует с водой:

\[\text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOH} + \text{OH}^-\]

В результате реакции образуются ионы OH^-, что приводит к щелочной реакции среды (pH > 7).

2. Гидролиз соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой.

Пример: хлорид аммония (NH₄Cl).

В водном растворе соль диссоциирует:

\[\text{NH}_4\text{Cl} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{Cl}^-\]

Анион Cl^- является ионом сильной кислоты (HCl) и не взаимодействует с водой. Катион NH₄⁺ является катионом слабого основания (NH₄OH) и взаимодействует с водой:

\[\text{NH}_4^+ + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4\text{OH} + \text{H}^+\]

В результате реакции образуются ионы H⁺, что приводит к кислотной реакции среды (pH < 7).

3. Гидролиз соли, образованной слабым основанием и слабой кислотой.

Пример: ацетат аммония (CH₃COONH₄).

В водном растворе соль диссоциирует:

\[\text{CH}_3\text{COONH}_4 \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{NH}_4^+\]

В этом случае с водой взаимодействуют как катион, так и анион:

\[\text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOH} + \text{OH}^-\] \[\text{NH}_4^+ + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4\text{OH} + \text{H}^+\]

Общее уравнение гидролиза:

\[\text{CH}_3\text{COO}^- + \text{NH}_4^+ + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOH} + \text{NH}_4\text{OH}\]

Реакция среды зависит от относительной силы слабой кислоты и слабого основания. Если \(K_{\text{кислоты}} > K_{\text{основания}}\), среда будет кислотной; если \(K_{\text{кислоты}} < K_{\text{основания}}\), среда будет щелочной; если \(K_{\text{кислоты}} \approx K_{\text{основания}}\), среда будет близка к нейтральной (pH ≈ 7).

4. Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой.

Пример: хлорид натрия (NaCl).

В водном растворе соль диссоциирует:

\[\text{NaCl} \rightleftharpoons \text{Na}^+ + \text{Cl}^-\]

Катион Na⁺ является ионом сильного основания (NaOH), а анион Cl^- – ионом сильной кислоты (HCl). Ни один из этих ионов не взаимодействует с водой, поэтому гидролиз не происходит, и реакция среды остается нейтральной (pH = 7).

Факторы, влияющие на степень гидролиза:

• Температура: Повышение температуры увеличивает степень гидролиза, так как гидролиз – это эндотермический процесс.
• Концентрация: Разбавление раствора увеличивает степень гидролиза.
• pH среды: Добавление кислоты подавляет гидролиз по катиону, добавление щелочи подавляет гидролиз по аниону.

Гидролиз имеет большое значение в природе (например, выветривание горных пород) и в промышленности (например, очистка воды, производство некоторых химических веществ).