Гидролиз солей
Гидролизом называется взаимодействие ионов соли с Н2О, приводящее к образованию слабого электролита.
Любую соль можно представить как продукт взаимодействия кислоты и основания.
В зависимости от видов этих исходных веществ выделяют 4 типа солей.
Соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием:
NaOH + HCl = NaCl + H2O
сильное сильная
основание кислота
2 KOH + H2SO4 = K2SO4 + 2 H2O
сильное сильная
основание кислота
Такие соли гидролизу не подвергаются и их водные растворы имеют нейтральную среду.
Соли, образованные слабой кислотой, но сильным основанием:
H2CO3 + 2 NaOH = Na2СO3 + 2 H2O
слабая сильное
кислота основание
H2S + 2 KOH = K2S + 2 H2O
слабая сильное
кислота основание
В водных растворах таких солей с H2O будут взаимодействовать анионы слабой кислоты, которые образуются при диссоциации соли:
Na2СO3 2 Na + + CO3 2−
Эти анионы будут присоединять к себе ионы Н+, отщепившиеся от молекул H2O, в результате этого образуется слабый электролит HСO3− - гидрокарбонат-анион, а в растворе станут накапливаться ионы ОН−, которые будут сообщать раствору такой соли щелочную реакцию.
HOH + CO32- HСO3 − + OH –
В результате этого рН растворов солей, образованных слабой кислотой и сильным основанием, будет > 7. А в самом растворе станут присутствовать кислая соль и щелочь.
В молекулярном виде уравнение гидролиза записывается следующим образом:
Na2СO3 + НОН NaHСO3 + NaOH
Взаимодействие ионов соли с H2O является обратимой реакцией и с течением времени в растворе устанавливается равновесие и при этом гидролизу подвергается только малая часть анионов соли. Чем слабее кислота, образующая соль, тем сильнее протекает гидролиз.
Если соль образована слабой многоосновной кислотой, то гидролиз может идти в несколько стадий или ступеней. Их число равно величине заряда анионов слабой кислоты. Например:
N
Первая
стадия
НОН + S2 HS- + OH-
молекулярное Na2S + НОН NaНS + NaОН
уравнение:
N
Вторая
стадия
НS- + НОН Н2 S + ОН-
молекулярное NaНS + НОН Н2 S + NaОН
уравнение
Следует отметить, что в таких случаях гидролиз протекает, главным образом, по первой стадии и в очень малой степени. По последующим стадиям он идет гораздо хуже и им можно пренебречь. Это связано с тем, что продукты, образующиеся на поздних стадиях гидролиза (Н2S), являются более сильными электролитами, чем продукты, образующиеся на первой стадии (НS-), и лучше диссоциируют на ионы.
3. Соли, образованные сильной кислотой, но слабым основанием:
Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2 H2O
слабое сильная
основание кислота
Zn(OH)2 + 2 HCl = ZnCl2 + 2 H2O
слабое сильная
основание кислота
В водных растворах таких солей с H2O будут взаимодействовать катионы слабого основания (т.е. ионы металлов или NH4+), образующиеся при диссоциации соли:
ZnCl2 → Zn 2+ + 2 Cl¯
Они будут присоединять к себе гидроксильные ионы, отщепившиеся от молекул H2O, в результате чего образуется слабый электролит (ZnОН+), а в растворе станут накапливаться ионы Н+, которые сообщат раствору такой соли кислую реакцию.
Zn 2+ + НОН ZnОН+ + Н+
В результате этого рН растворов солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой, будет < 7, а в самом растворе станут присутствовать основная соль и сильная кислота.
В молекулярном виде уравнение гидролиза в этом случае можно записать так:
ZnCl2 + НОН ZnОНCl + НCl
Чем более слабым электролитом является основание, образующее соль, тем сильнее протекает ее гидролиз.
Если соль образована многокислотным слабым основанием, то ее гидролиз может протекать в несколько стадий:
Первая
стадия
Cu2+ + НОН CuOH+ + Н+
молекулярное Cu(NO3)2 + НОН CuОНNO3 + НNO3
уравнение гидролиза
C
Вторая
стадия
CuOH+ + НОН Cu(ОН)2 + Н+
молекулярное CuОНNO3 + НОН Cu(ОН)2 + НNO3
уравнение гидролиза
Однако и в этом случае гидролиз протекает в малой степени только по первой стадии. По последующим стадиям он будет идти крайне незначительно и им можно пренебречь.
Соли, образованные слабой кислотой и слабым основанием:
СН3СООН + NН4OН = СН3СООNН4 + Н2О
2 Al(OH)3 + 3 H2СO3 = Al2(СO3)3 + 6 Н2О
Такие соли лучше всего подвергаются гидролизу, так как в этом случае с Н2О взаимодействуют и катионы основания, и анионы кислоты:
СН3СООNН4 → СН3СОО‾ + NН4+
СН3СОО‾ + НОН СН3СООН + ОН‾
NН4+ + НОН NН4ОН + Н+
Причем в растворе одновременно образуются и ионы Н+ и ионы ОН‾. Среда в растворе такой соли может быть кислой, нейтральной или щелочной.
Если кислота и основание, образующие соль, являются слабыми электролитами примерно одинаковой cилы, то катионы основания и анионы кислоты будут в одной и той же мере взаимодействовать с молекулами Н2О. Число ионов Н+ и ОН¯ в растворе будет примерно равным. Они вступят в реакцию между собой (Н+ + ОН¯ = Н2О) и среда в растворе такой соли останется нейтральной.
Если же какой-то из электролитов (кислота или основание) будет слабее по сравнению с другим, то среда в растворе такой соли будет кислой или щелочной. Так, если кислота, образующая соль, является более слабым электролитом, чем основание, то анионы кислоты будут в большей степени взаимодействовать с Н2О, чем катионы основания. В результате этого ионов ОН¯ в растворе станет накапливаться больше, чем ионов Н+ и среда в нем будет щелочной. Если же основание, образующее соль, слабее, чем кислота, то среда в растворе такой соли, наоборот, будет кислой.
Соли, образованные и слабой кислотой, и слабым основанием, подвергаются гидролизу в гораздо большей степени, чем все остальные, т.к. образующие ионы Н+ и ОН¯ связываются в Н2О и равновесие в реакции гидролиза смещается в правую сторону.
В этом случае гидролиз часто протекает до конца не только по первой стадии, но и в значительной степени по последующим стадиям.
Для целого же ряда таких солей гидролиз является необратимым и приводит к полному разложению такой соли на соответствующую кислоту и основание:
СО2
Al2(СO3)3 + 6 Н2О = 2 Al(OH)3↓ + 3 H2СO3
Н2О
Al2 S3 + 6 Н2О = 2 Al(OH)3↓ + 3 H2 S↑
Такие соли в водных растворах вследствие этого существовать не могут. В таблицах растворимости в клеточках, соответствующим данным солям, часто ставится прочерк.
Количественно гидролиз характеризуется безразмерной величиной h, называемой степенью гидролиза. Она показывает, какая часть из находящихся в растворе ионов электролита (катионов или анионов) подвергается гидролизу, т.е. взаимодействует с Н2О.
где N – общее число ионов слабого электролита в растворе;
n – число ионов слабого электролита подвергнувшихся гидролизу.
Степень гидролиза тем больше, чем слабее основание или кислота, образующие соль. Она увеличивается также при разбавлении растворов и при их нагревании.
С увеличением температуры ионное произведение Н2О значительно возрастает, а значит, увеличиваются и концентрации ионов Н+ и ОН¯. Ионы слабого электролита сильнее взаимодействуют с ними. В результате в кипящей воде полному гидролизу могут подвергаться и соли, образованные только каким-то одним слабым электролитом.
Гидролиз соли является обратимой реакцией и подчиняется принципу Ле Шателье, поэтому изменяя концентрацию одного из реагирующих веществ или продуктов реакции, можно смещать равновесие в ту или иную сторону.
Гидролиз соли при разбавлении раствора увеличивается, так как возрастает концентрация исходного компонента (Н2О). Это смещает равновесие вправо, т.е. в сторону усиления гидролиза.
Руководствуясь принципом Ле Шателье, можно усиливать или подавлять гидролиз, добавляя в раствор и другие вещества.
Так, ослабить гидролиз можно введением в раствор одного из продуктов гидролиза:
а) сильной кислоты, если гидролиз соли идет по катиону;
б) щелочи, если гидролиз соли идет по аниону.
Например, железо(III)-нитрат Fe(NO3)3 гидролизуется по катиону, в результате чего в растворе накапливаются ионы Н+:
Fe3+ + Н2О FeOH2+ + H+
Поэтому ослабить гидролиз можно добавлением кислоты (например, HNO3) или добавлением другой соли, тоже гидролизующей по катиону (например, CuCl2). Это будет равносильно введению в раствор Fe(NO3)3 сильной кислоты (HCl):
Cu2+ + Н2О CuOH+ + H+
Для ослабления гидролиза соли Na2CO3, идущего по аниону
CO32– + Н2О HCO3– + OH–
необходимо ввести в раствор щелочь (NaOH) или другую соль, тоже гидролизующуюся по аниону, например, Na2S
S2– + Н2О HS– + OH–
Аналогичным образом можно усиливать гидролиз солей, добавляя в раствор вещества, которые связывали бы его продукты. Например, если в ходе гидролиза накапливаются ионы Н+, то для его усиления нужно добавить в раствор щелочь.