سخنرانی: هیدرولیز نمک محیط محلول های آبی: اسیدی، خنثی، قلیایی

هیدرولیز نمک

ما به مطالعه الگوهای واکنش های شیمیایی ادامه می دهیم. هنگام مطالعه موضوع، متوجه شدید که در حین تفکیک الکترولیتی در یک محلول آبی، ذرات درگیر در واکنش مواد در آب حل می شوند. این هیدرولیز است. مواد معدنی و آلی مختلف به ویژه نمک ها در معرض آن قرار می گیرند. بدون درک فرآیند هیدرولیز نمک ها، نمی توانید پدیده هایی را که در موجودات زنده رخ می دهد توضیح دهید.

جوهر هیدرولیز نمک به فرآیند تبادل برهمکنش یون ها (کاتیون ها و آنیون ها) نمک با مولکول های آب کاهش می یابد. در نتیجه، یک الکترولیت ضعیف تشکیل می شود - یک ترکیب کم تفکیک. بیش از حد یون های آزاد H + یا OH - در یک محلول آبی ظاهر می شود. به یاد داشته باشید که تفکیک کدام الکترولیت ها یون های H + را تشکیل می دهند و کدام OH -. همانطور که حدس زدید، در حالت اول با یک اسید روبرو هستیم، به این معنی که محیط آبی با یون های H + اسیدی خواهد بود. در مورد دوم، قلیایی. در خود آب، محیط خنثی است، زیرا کمی به یون های H + و OH - با همان غلظت تجزیه می شود.

ماهیت محیط را می توان با استفاده از شاخص ها تعیین کرد. فنل فتالئین یک محیط قلیایی را تشخیص می دهد و محلول را زرشکی رنگ می کند. تورنسل با اسید قرمز و با قلیایی آبی می شود. متیل نارنجی - نارنجی، در محیط قلیایی زرد می شود، در محیط اسیدی - صورتی. نوع هیدرولیز بستگی به نوع نمک دارد.

انواع نمک

بنابراین، هر نمکی برهمکنش اسید و باز است که همانطور که می دانید قوی و ضعیف هستند. قوی کسانی هستند که درجه تفکیک α نزدیک به 100٪ باشد. باید به خاطر داشت که اسیدهای گوگردی (H2SO3) و فسفریک (H3PO4) اغلب به عنوان اسیدهای با قدرت متوسط ​​نامیده می شوند. هنگام حل مسائل هیدرولیز، این اسیدها باید به عنوان ضعیف طبقه بندی شوند.

اسیدها:

قوی: HCl; HBr; Hl; HNO3; HClO 4; H2SO4. بقایای اسید آنها با آب برهمکنش ندارند.

ضعیف: HF; H2CO3; H 2 SiO 3 ; H2S; HNO2; H2SO3; H3PO4; اسیدهای آلی و باقی مانده های اسیدی آنها با آب برهمکنش می کنند و کاتیون های هیدروژن H + را از مولکول های آن می گیرند.

دلایل:

قوی: هیدروکسیدهای فلزی محلول؛ Ca(OH) 2; Sr(OH) 2. کاتیون های فلزی آنها با آب برهمکنش ندارند.

ضعیف: هیدروکسیدهای فلزی نامحلول. هیدروکسید آمونیوم (NH 4 OH). و کاتیون های فلزی در اینجا با آب برهم کنش می کنند.

بر اساس این مواد، در نظر بگیریدانواع نمک :

نمک هایی با پایه قوی و اسید قوی.به عنوان مثال: Ba (NO 3) 2، KCl، Li 2 SO 4. ویژگی ها: با آب تعامل ندارند، به این معنی که آنها تحت هیدرولیز قرار نمی گیرند. محلول های چنین نمک هایی دارای محیط واکنش خنثی هستند.

نمک هایی با باز قوی و اسید ضعیف.به عنوان مثال: NaF, K 2 CO 3 , Li 2 S. ویژگی ها: بقایای اسیدی این نمک ها با آب برهمکنش می کنند و هیدرولیز آنیون رخ می دهد. محیط محلول های آبی قلیایی است.

نمک هایی با بازهای ضعیف و اسیدهای قوی.به عنوان مثال: روی (NO 3) 2، Fe 2 (SO 4) 3، CuSO 4. ویژگی ها: فقط کاتیون های فلزی با آب تعامل دارند، هیدرولیز کاتیونی رخ می دهد. چهارشنبه ترش است.

نمک هایی با باز ضعیف و اسید ضعیف.به عنوان مثال: CH 3 COONН 4, (NH 4) 2 CO 3 , HCOONН 4. ویژگی ها: هم کاتیون ها و هم آنیون های باقی مانده های اسید با آب برهم کنش دارند، هیدرولیز توسط کاتیون و آنیون انجام می شود.

نمونه ای از هیدرولیز در کاتیون و تشکیل یک محیط اسیدی:

هیدرولیز کلرید آهن FeCl 2

FeCl 2 + H 2 O ↔ Fe(OH)Cl + HCl(معادله مولکولی)

Fe 2+ + 2Cl - + H + + OH - ↔ FeOH + + 2Cl - + H+ (معادله یونی کامل)

Fe 2 + + H 2 O ↔ FeOH + + H + (معادله یونی مختصر)

نمونه ای از هیدرولیز آنیون و تشکیل یک محیط قلیایی:

هیدرولیز استات سدیم CH 3 COONa

CH 3 COONa + H 2 O ↔ CH 3 COOH + NaOH(معادله مولکولی)

Na + + CH 3 COO - + H 2 O ↔ Na + + CH 3 COOH + OH- (معادله یونی کامل)

CH 3 COO - + H 2 O ↔ CH 3 COOH + OH -(معادله یونی مختصر)

نمونه ای از هیدرولیز همزمان:

• هیدرولیز سولفید آلومینیوم Al 2 S 3

Al 2 S 3 + 6H2O ↔ 2Al(OH) 3 ↓+ 3H 2 S

در این حالت ما شاهد هیدرولیز کامل هستیم که اگر نمک توسط یک باز نامحلول یا فرار ضعیف و یک اسید نامحلول یا فرار ضعیف تشکیل شود، اتفاق می افتد. در جدول حلالیت روی چنین نمک هایی خط تیره وجود دارد. اگر در طی واکنش تبادل یونی نمکی تشکیل شود که در محلول آبی وجود ندارد، باید واکنش این نمک را با آب نوشت.

مثلا:

2FeCl 3 + 3Na 2 CO 3 ↔ Fe 2 (CO 3) 3+ 6 NaCl

Fe 2 (CO 3) 3+ 6H 2 O ↔ 2Fe(OH) 3 + 3H 2 O + 3CO 2

این دو معادله را جمع می کنیم سپس آنچه را که در قسمت چپ و راست تکرار می شود کاهش می دهیم:

2FeCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O ↔ 6NaCl + 2Fe(OH) 3 ↓ + 3CO 2

هیدرولیز نمک محیط محلول های آبی: اسیدی، خنثی، قلیایی

بر اساس تئوری تفکیک الکترولیتی، در یک محلول آبی، ذرات املاح با مولکول های آب برهمکنش می کنند. چنین تعاملی می تواند منجر به واکنش هیدرولیز شود (از یونانی. آبی- اب، لیزفروپاشی، پوسیدگی).

هیدرولیز واکنش تجزیه متابولیکی یک ماده توسط آب است.

مواد مختلفی تحت هیدرولیز قرار می گیرند: غیر آلی - نمک ها، کاربیدها و هیدریدهای فلزات، هالیدهای غیر فلزی. آلی - هالوآلکان ها، استرها و چربی ها، کربوهیدرات ها، پروتئین ها، پلی نوکلئوتیدها.

محلول های آبی نمک دارای مقادیر مختلف pH و انواع مختلف محیط هستند - اسیدی ($pH 7$)، خنثی ($pH = 7$). این به این دلیل است که نمک های موجود در محلول های آبی می توانند تحت هیدرولیز قرار گیرند.

جوهر هیدرولیز به تعامل شیمیایی تبادل کاتیون ها یا آنیون های نمک با مولکول های آب کاهش می یابد. در نتیجه این فعل و انفعال، یک ترکیب کم تفکیک (الکترولیت ضعیف) تشکیل می شود. و در محلول نمک آبی مقدار اضافی $H^(+)$ یا $OH^(-)$ یونهای آزاد ظاهر می شود و محلول نمک به ترتیب اسیدی یا قلیایی می شود.

طبقه بندی نمک

هر نمکی را می توان محصول برهمکنش یک باز با یک اسید در نظر گرفت. به عنوان مثال، نمک $KClO$ توسط باز قوی $KOH$ و اسید ضعیف $HClO$ تشکیل شده است.

بسته به قدرت باز و اسید، چهار نوع نمک قابل تشخیص است.

رفتار نمک های انواع مختلف در محلول را در نظر بگیرید.

1. نمک هایی که از یک باز قوی و یک اسید ضعیف تشکیل می شوند.

به عنوان مثال، نمک سیانید پتاسیم $KCN$ توسط باز قوی $KOH$ و اسید ضعیف $HCN$ تشکیل می شود:

$(KOH)↙(\text"باز تک اسید قوی")←KCN→(HCN)↙(\text"اسید تک اسید ضعیف")$

1) تفکیک برگشت پذیر جزئی مولکول های آب (یک الکترولیت آمفوتریک بسیار ضعیف)، که می توان آن را به روشی ساده با استفاده از معادله نوشت.

$H_2O(⇄)↖(←)H^(+)+OH^(-);$

$KCN=K^(+)+CN^(-)$

یون‌های $H^(+)$ و $CN^(-)$ تشکیل شده در طی این فرآیندها با یکدیگر برهمکنش می‌کنند و به مولکول‌های الکترولیت ضعیف - اسید هیدروسیانیک $HCN$ متصل می‌شوند، در حالی که هیدروکسید - $OH^(-)$ یون در محلول باقی می ماند، بنابراین آن را قلیایی می کند. هیدرولیز در آنیون $CN^(-)$ اتفاق می افتد.

معادله یونی کامل فرآیند در حال انجام (هیدرولیز) را می نویسیم:

$K^(+)+CN^(-)+H_2O(⇄)↖(←)HCN+K^(+)+OH^(-).$

این فرآیند برگشت پذیر است و تعادل شیمیایی به سمت چپ (در جهت تشکیل مواد اولیه) منتقل می شود، زیرا آب الکترولیت بسیار ضعیف تری نسبت به اسید هیدروسیانیک $HCN$ است.

$CN^(-)+H_2O⇄HCN+OH^(-).$

معادله نشان می دهد که:

الف) یونهای هیدروکسید آزاد $OH^(-)$ در محلول وجود دارد و غلظت آنها بیشتر از آب خالص است، بنابراین محلول نمک $KCN$ دارای محیط قلیایی($pH > 7$)؛

ب) یون های $CN^(-)$ در واکنش با آب شرکت می کنند که در این صورت می گویند وجود دارد هیدرولیز آنیون. نمونه های دیگری از آنیون هایی که با آب واکنش می دهند عبارتند از:

هیدرولیز کربنات سدیم $Na_2CO_3$ را در نظر بگیرید.

$(NaOH)↙(\text"باز تک اسید قوی")←Na_2CO_3→(H_2CO_3)↙(\text"اسید دوبازیک ضعیف")$

نمک در آنیون $CO_3^(2-)$ هیدرولیز می شود.

$2Na^(+)+CO_3^(2-)+H_2O(⇄)↖(←)HCO_3^(-)+2Na^(+)+OH^(-).$

$CO_2^(2-)+H_2O⇄HCO_3^(-)+OH^(-).$

محصولات هیدرولیز - نمک اسیدی$NaHCO_3$ و هیدروکسید سدیم $NaOH$.

محیط محلول آبی کربنات سدیم قلیایی است ($pH > 7$)، زیرا غلظت یونهای $OH^(-)$ در محلول افزایش می یابد. نمک اسیدی $NaHCO_3$ نیز می تواند تحت هیدرولیز قرار گیرد که تا حد بسیار کمی ادامه دارد و می توان آن را نادیده گرفت.

برای خلاصه کردن آنچه در مورد هیدرولیز آنیون آموخته اید:

الف) در آنیون نمک، به عنوان یک قاعده، آنها به طور برگشت پذیر هیدرولیز می شوند.

ب) تعادل شیمیایی در چنین واکنش هایی به شدت به سمت چپ منتقل می شود.

ج) واکنش محیط در محلولهای نمکهای مشابه قلیایی است ($рН > 7$).

د) در جریان هیدرولیز نمک های تشکیل شده توسط اسیدهای پلی بازیک ضعیف، نمک های اسیدی به دست می آیند.

2. نمک ها از یک اسید قوی و یک باز ضعیف تشکیل می شوند.

هیدرولیز کلرید آمونیوم $NH_4Cl$ را در نظر بگیرید.

$(NH_3 H_2O)↙(\text"پایه تک اسیدی ضعیف")←NH_4Cl→(HCl)↙(\text"اسید مونوبازیک قوی")$

دو فرآیند در محلول آبی نمک انجام می شود:

1) تفکیک برگشت پذیر جزئی مولکول های آب (یک الکترولیت آمفوتریک بسیار ضعیف)، که می تواند به روشی ساده با استفاده از معادله نوشته شود:

$H_2O(⇄)↖(←)H^(+)+OH^(-)$

2) تفکیک کامل نمک (الکترولیت قوی):

$NH_4Cl=NH_4^(+)+Cl^(-)$

یونهای بیشتر محیط اسیدی آن

معادله هیدرولیز یونی کامل:

$NH_4^(+)+Cl^(-)+H_2O(⇄)↖(←)H^(+)+Cl^(-)NH_3 H_2O$

این فرآیند برگشت پذیر است، تعادل شیمیایی به سمت تشکیل مواد اولیه تغییر می کند، زیرا آب $Н_2О$ الکترولیت بسیار ضعیف تری نسبت به هیدرات آمونیاک است $NH_3·H_2O$.

معادله مخفف هیدرولیز یونی:

$NH_4^(+)+H_2O⇄H^(+)+NH_3 H_2O.$

معادله نشان می دهد که:

الف) یونهای هیدروژن آزاد $H^(+)$ در محلول وجود دارد و غلظت آنها بیشتر از آب خالص است، بنابراین محلول نمک دارای محیط اسیدی($pH

ب) کاتیون های آمونیوم $NH_4^(+)$ در واکنش با آب شرکت می کنند. در آن صورت می گویند در حال آمدن است هیدرولیز کاتیونی

کاتیون های چند باردار نیز می توانند در واکنش با آب شرکت کنند: دو شات$M^(2+)$ (برای مثال، $Ni^(2+)، Cu^(2+)، Zn^(2+)…$)، به جز کاتیون های فلز قلیایی خاکی، سه تیر$M^(3+)$ (به عنوان مثال، $Fe^(3+)، Al^(3+)، Cr^(3+)…$).

اجازه دهید هیدرولیز نیترات نیکل $Ni(NO_3)_2$ را در نظر بگیریم.

$(Ni(OH)_2)↙(\text"پایه دی اسید ضعیف")←Ni(NO_3)_2→(HNO_3)↙(\text"اسید مونبازیک قوی")$

نمک در کاتیون $Ni^(2+)$ هیدرولیز می شود.

معادله هیدرولیز یونی کامل:

$Ni^(2+)+2NO_3^(-)+H_2O(⇄)↖(←)NiOH^(+)+2NO_3^(-)+H^(+)$

معادله مخفف هیدرولیز یونی:

$Ni^(2+)+H_2O⇄NiOH^(+)+H^(+).$

محصولات هیدرولیز - نمک پایه$NiOHNO_3$ و اسید نیتریک $HNO_3$.

محیط محلول آبی نیترات نیکل اسیدی است (PH$

هیدرولیز نمک $NiOHNO_3$ به میزان بسیار کمتری انجام می شود و می توان نادیده گرفت.

برای خلاصه کردن آنچه در مورد هیدرولیز کاتیونی آموخته اید:

الف) توسط کاتیون نمک، به عنوان یک قاعده، آنها به طور برگشت پذیر هیدرولیز می شوند.

ب) تعادل شیمیایی واکنش ها به شدت به سمت چپ منتقل شده است.

ج) واکنش محیط در محلول چنین نمکهایی اسیدی است (PH$

د) در جریان هیدرولیز نمک های تشکیل شده توسط بازهای پلی اسیدی ضعیف، نمک های بازی به دست می آیند.

3. نمک ها از یک باز ضعیف و یک اسید ضعیف تشکیل می شوند.

بدیهی است که برای شما واضح است که چنین نمک هایی هم در کاتیون و هم در آنیون هیدرولیز می شوند.

یک کاتیون باز ضعیف یون های $OH^(-)$ را از مولکول های آب متصل می کند و تشکیل می شود پایه ضعیف; آنیون یک اسید ضعیف یون های $H^(+)$ را از مولکول های آب متصل می کند و تشکیل می شود اسید ضعیف. واکنش محلول های این نمک ها می تواند خنثی، کمی اسیدی یا کمی قلیایی باشد. این بستگی به ثابت های تفکیک دو الکترولیت ضعیف - اسید و باز دارد که در نتیجه هیدرولیز تشکیل می شوند.

برای مثال، هیدرولیز دو نمک را در نظر بگیرید: استات آمونیوم $NH_4(CH_3COO)$ و فرمت آمونیوم $NH_4(HCOO)$:

1) $(NH_3 H_2O)↙(\text"پایه تک اسیدی ضعیف")←NH_4(CH_3COO)→(CH_3COOH)↙(\text"اسید مونواسیدی قوی")؛$

2) $(NH_3 H_2O)↙(\text"پایه تک اسیدی ضعیف")←NH_4(HCOO)→(HCOOH)↙(\متن"اسید مونوبازیک ضعیف").$

در محلول های آبی این نمک ها، کاتیون های باز ضعیف $NH_4^(+)$ با یون های هیدروکسید $OH^(-)$ برهم کنش می کنند (به یاد بیاورید که آب $H_2O⇄H^(+)+OH^(-)$ را تجزیه می کند. و آنیون‌های اسیدهای ضعیف $CH_3COO^(-)$ و $HCOO^(-)$ با کاتیون‌های $Н^(+)$ برهمکنش می‌کنند تا مولکول‌های اسیدهای ضعیف را تشکیل دهند - $CH_3COOH$ استیک و $HCOOH$ فرمیک.

اجازه دهید معادلات یونی هیدرولیز را بنویسیم:

1) $CH_3COO^(-)+NH_4^(+)+H_2O⇄CH_3COOH+NH_3 H_2O;$

2) $HCOO^(-)+NH_4^(+)+H_2O⇄NH_3 H_2O+HCOOH.$

در این موارد، هیدرولیز نیز برگشت پذیر است، اما تعادل به سمت تشکیل محصولات هیدرولیز - دو الکترولیت ضعیف - تغییر می کند.

در حالت اول، محیط محلول خنثی است ($рН = 7$)، زیرا $K_D(CH_3COOH)=K+D(NH_3 H_2O)=1.8 10^(-5)$. در حالت دوم، محیط محلول ضعیف اسیدی است ($pH

همانطور که قبلاً متوجه شده اید، هیدرولیز اکثر نمک ها یک فرآیند برگشت پذیر است. در حالت تعادل شیمیایی، تنها بخشی از نمک هیدرولیز می شود. با این حال، برخی از نمک ها به طور کامل توسط آب تجزیه می شوند، یعنی. هیدرولیز آنها یک فرآیند برگشت ناپذیر است.

در جدول "حلالیت اسیدها، بازها و نمک ها در آب" یک یادداشت خواهید یافت: "در محیط آبی تجزیه می شوند" - این بدان معنی است که چنین نمک هایی تحت هیدرولیز برگشت ناپذیر قرار می گیرند. به عنوان مثال، سولفید آلومینیوم $Al_2S_3$ در آب تحت هیدرولیز برگشت ناپذیر قرار می گیرد، زیرا یون های $H^(+)$ که در طول هیدرولیز در کاتیون ظاهر می شوند توسط یون های $OH^(-)$ تشکیل شده در طول هیدرولیز در آنیون محدود می شوند. این امر هیدرولیز را افزایش می دهد و منجر به تشکیل هیدروکسید آلومینیوم نامحلول و گاز سولفید هیدروژن می شود:

$Al_2S_3+6H_2O=2Al(OH)_3↓+3H_2S$

بنابراین، سولفید آلومینیوم $Al_2S_3$ را نمی توان با واکنش تبادلی بین محلول های آبی دو نمک، به عنوان مثال کلرید آلومینیوم $AlCl_3$ و سولفید سدیم $Na_2S$، بدست آورد.

موارد دیگر هیدرولیز برگشت ناپذیر نیز امکان پذیر است، پیش بینی آنها دشوار نیست، زیرا برای برگشت ناپذیری فرآیند لازم است حداقل یکی از محصولات هیدرولیز از کره واکنش خارج شود.

برای خلاصه کردن آنچه در مورد هیدرولیز کاتیونی و آنیونی آموخته اید:

الف) اگر نمک ها هم توسط کاتیون و هم توسط آنیون به صورت برگشت پذیر هیدرولیز شوند، تعادل شیمیایی در واکنش های هیدرولیز به سمت راست منتقل می شود.

ب) واکنش محیط یا خنثی یا کمی اسیدی یا کمی قلیایی است که به نسبت ثابت های تفکیک باز و اسید تشکیل شده بستگی دارد.

ج) اگر حداقل یکی از محصولات هیدرولیز از کره واکنش خارج شود، نمک ها می توانند توسط کاتیون و آنیون به طور برگشت ناپذیر هیدرولیز شوند.

4. نمک های تشکیل شده توسط یک باز قوی و یک اسید قوی تحت هیدرولیز قرار نمی گیرند.

معلومه که خودت به این نتیجه رسیدی

رفتار $KCl$ را در محلول کلرید پتاسیم در نظر بگیرید.

$(KOH)↙(\text"باز تک اسیدی قوی")←KCl→(HCl)↙(\text"اسید مونوبازیک قوی").$

نمک در یک محلول آبی به یون‌ها تجزیه می‌شود ($KCl=K^(+)+Cl^(-)$)، اما هنگام تعامل با آب، الکترولیت ضعیفی تشکیل نمی‌شود. محیط محلول خنثی است ($рН=7$)، زیرا غلظت یون های $H^(+)$ و $OH^(-)$ در محلول مانند آب خالص برابر است.

نمونه های دیگر از این نمک ها ممکن است هالیدهای فلزات قلیایی، نیترات ها، پرکلرات ها، سولفات ها، کرومات ها و دی کرومات ها، هالیدهای فلزات قلیایی خاکی (غیر از فلوراید)، نیترات ها و پرکلرات ها باشند.

همچنین باید توجه داشت که واکنش هیدرولیز برگشت پذیر کاملاً تابع اصل Le Chatelier است. از همین رو هیدرولیز نمک را می توان افزایش داد(و حتی آن را غیر قابل برگشت کنید) به روش های زیر:

الف) اضافه کردن آب (کاهش غلظت).

ب) محلول را گرم کنید، بنابراین تفکیک گرماگیر آب افزایش می یابد:

$H_2O⇄H^(+)+OH^(-)-57$ کیلوژول،

یعنی مقدار $H^(+)$ و $OH^(-)$ که برای هیدرولیز نمک ضروری هستند افزایش می یابد.

ج) یکی از محصولات هیدرولیز را به یک ترکیب کم محلول متصل کرده یا یکی از محصولات را به فاز گاز خارج کنید. برای مثال، هیدرولیز سیانید آمونیوم $NH_4CN$ با تجزیه هیدرات آمونیاک برای تشکیل آمونیاک $NH_3$ و آب $H_2O$ بسیار افزایش می یابد:

$NH_4^(+)+CN^(-)+H_2O⇄NH_3 H_2O+HCN.$

$NH_3()↖(⇄)H_2$

هیدرولیز نمک

افسانه:

هیدرولیز را می توان با انجام مراحل زیر سرکوب کرد (به طور قابل توجهی مقدار نمک تحت هیدرولیز را کاهش داد):

الف) افزایش غلظت املاح؛

ب) محلول را خنک کنید (برای تضعیف هیدرولیز، محلول های نمکی باید غلیظ و در دمای پایین نگهداری شوند).

ج) یکی از محصولات هیدرولیز را وارد محلول کنید. به عنوان مثال، اگر محلول در اثر هیدرولیز اسیدی است، محلول را اسیدی کنید، یا اگر قلیایی است، آن را قلیایی کنید.

اهمیت هیدرولیز

هیدرولیز نمک دارای اهمیت عملی و بیولوژیکی است. از زمان های قدیم خاکستر به عنوان شوینده استفاده می شده است. خاکستر حاوی کربنات پتاسیم $K_2CO_3$ است که به صورت آنیون در آب هیدرولیز می شود، محلول آبی به دلیل یون های $OH^(-)$ تشکیل شده در حین هیدرولیز تبدیل به صابون می شود.

در حال حاضر ما از صابون، پودرهای لباسشویی و سایر مواد شوینده در زندگی روزمره استفاده می کنیم. جزء اصلی صابون نمک های سدیم و پتاسیم اسیدهای کربوکسیلیک چرب بالاتر است: استئارات ها، پالمیتات ها که هیدرولیز می شوند.

هیدرولیز استئارات سدیم $C_(17)H_(35)COONa$ با معادله یونی زیر بیان می شود:

$C_(17)H_(35)COO^(-)+H_2O⇄C_(17)H_(35)COOH+OH^(-)$،

آن ها محلول کمی قلیایی است.

در ترکیب پودرهای لباسشویی و سایر شوینده ها، نمک های اسیدهای معدنی (فسفات ها، کربنات ها) به طور ویژه معرفی شده اند که با افزایش pH محیط، اثر شستشو را افزایش می دهند.

نمک هایی که محیط قلیایی لازم محلول را ایجاد می کنند در توسعه دهنده عکاسی موجود است. اینها کربنات سدیم $Na_2CO_3$، کربنات پتاسیم $K_2CO_3$، بوراکس $Na_2B_4O_7$ و سایر نمک های هیدرولیز شده توسط آنیون هستند.

اگر اسیدیته خاک کافی نباشد، گیاهان دچار بیماری - کلروز می شوند. علائم آن زرد شدن یا سفید شدن برگها، تاخیر در رشد و نمو است. اگر $pH_(خاک)> 7.5$ باشد، کود سولفات آمونیوم $(NH_4)_2SO_4$ به آن اضافه می شود که به افزایش اسیدیته در اثر هیدرولیز توسط کاتیون عبوری در خاک کمک می کند.

$NH_4^(+)+H_2O⇄NH_3 H_2O$

نقش بیولوژیکی هیدرولیز برخی از نمک های تشکیل دهنده بدن ما بسیار ارزشمند است. به عنوان مثال، ترکیب خون شامل نمک های بی کربنات و سدیم هیدروژن فسفات است. نقش آنها حفظ واکنش خاصی از محیط است. این به دلیل تغییر در تعادل فرآیندهای هیدرولیز رخ می دهد:

$HCO_3^(-)+H_2O⇄H_2CO_3+OH^(-)$

$HPO_4^(2-)+H_2O⇄H_2PO_4^(-)+OH^(-)$

اگر بیش از یون های $H^(+)$ در خون وجود داشته باشد، آنها به یون های هیدروکسید $OH^(-)$ متصل می شوند و تعادل به سمت راست تغییر می کند. با بیش از حد یون های هیدروکسید $OH^(-)$، تعادل به سمت چپ تغییر می کند. به همین دلیل اسیدیته خون یک فرد سالم کمی در نوسان است.

مثال دیگر: بزاق انسان حاوی یون‌های $HPO_4^(2-)$ است. به لطف آنها، محیط خاصی در حفره دهان حفظ می شود ($рН=7-7.5$).

هیدرولیز نمک

مبحث "هیدرولیز نمک ها" یکی از سخت ترین مباحث برای دانش آموزان پایه نهم در حال مطالعه شیمی معدنی است. و به نظر می رسد که دشواری آن در پیچیدگی واقعی مطالب مورد مطالعه نیست، بلکه در نحوه ارائه آن در کتاب های درسی است. بنابراین، F.G. Feldman و G.E. Rudzitis از پاراگراف مربوطه چیزهای کمی دارند که قابل درک باشد. در کتاب های درسی L.S. Guzey و N.S. Akhmetov، این موضوع به طور کلی حذف شده است، اگرچه کتاب درسی Akhmetov برای دانش آموزان کلاس های 8-9 با مطالعه عمیق شیمی در نظر گرفته شده است.
با استفاده از کتاب های درسی این نویسندگان، دانش آموز بعید است که بتواند تئوری محلول ها، جوهر تفکیک الکترولیتی مواد در یک محیط آبی، واکنش های تبادل یونی را با واکنش های هیدرولیز نمک های تشکیل شده توسط اسیدها و بازها به خوبی درک کند. نقاط قوت مختلف علاوه بر این، در پایان هر کتاب درسی جدول حلالیت وجود دارد، اما در هیچ کجا توضیح داده نشده که چرا در تک تک خانه های آن خط تیره وجود دارد و در متون کتاب های درسی، دانش آموزان با فرمول های این نمک ها آشنا می شوند.
در یک سخنرانی کوتاه برای معلمان (به ویژه برای مبتدیان، به ویژه برای آنها دشوار است که به سوالاتی که در کودکان ایجاد می شود) پاسخ دهند، ما سعی خواهیم کرد این شکاف را پر کنیم و به روش خود مشکل تدوین معادلات برای واکنش های هیدرولیز و برجسته کنیم. تعیین ماهیت محیط حاصل

هیدرولیز فرآیند تجزیه مواد توسط آب است (کلمه "هیدرولیز" خود در این مورد صحبت می کند: یونانی - آب و - تجزیه). نویسندگان مختلف با ارائه تعریفی از این پدیده به این نکته اشاره می کنند این یک نمک اسید یا اسید، باز یا نمک بازی تشکیل می دهد(N.E. Kuzmenko)؛ هنگامی که یون های نمک با آب واکنش می دهند، یک الکترولیت ضعیف تشکیل می شود(A.E. Antoshin)؛ در نتیجه برهمکنش یون های نمک با آب، تعادل تفکیک الکترولیتی آب تغییر می کند.(A.A. Makarenya)؛ اجزای تشکیل دهنده املاح با اجزای تشکیل دهنده آب ترکیب می شوند(N.L. Glinka) و غیره
هر نویسنده با ارائه تعریفی از هیدرولیز، به نظر خود مهمترین جنبه این فرآیند پیچیده و چندوجهی را یادداشت می کند. و هر کدام از آنها در نوع خود حق دارند. به نظر می رسد که این به معلم بستگی دارد که کدام تعریف را ترجیح دهد - چه چیزی در طرز تفکر او به او نزدیکتر است.
بنابراین، هیدرولیز تجزیه مواد توسط آب است. این در اثر تفکیک الکترولیتی نمک و آب به یون ها و برهمکنش بین آنها ایجاد می شود. آب اندکی به یون های H + و OH - تجزیه می شود (1 مولکول از 550000)، و در طول هیدرولیز، یک یا هر دوی این یون ها می توانند با یون های تشکیل شده در طی تجزیه نمک به یک ماده کم تفکیک، فرار یا نامحلول در آب متصل شوند. .
نمک های تشکیل شده توسط بازهای قوی (NaOH، KOH، Ba (OH) 2) و اسیدهای قوی (H2SO4،
HCl، HNO 3)، تحت هیدرولیز قرار نمی گیرند، زیرا کاتیونها و آنیونهای تشکیل دهنده آنها قادر به اتصال یونهای H + و OH - در محلولها نیستند (دلیل آن تفکیک زیاد است).
هنگامی که نمک توسط یک باز ضعیف یا یک اسید ضعیف تشکیل می شود، یا هر دو "والد" ضعیف هستند، نمک موجود در محلول آبی تحت هیدرولیز قرار می گیرد. در این حالت واکنش محیط به قدرت نسبی اسید و باز بستگی دارد. به عبارت دیگر، محلول های آبی چنین نمک هایی بسته به ثابت تفکیک مواد جدید تشکیل شده، می توانند خنثی، اسیدی یا قلیایی باشند.
بنابراین، در هنگام تفکیک استات آمونیوم CH 3 COONH 4، واکنش محلول کمی قلیایی خواهد بود، زیرا ثابت تفکیک NH 4 OH ( ک dis \u003d 6.3 10 -5) بزرگتر از ثابت تفکیک CH 3 COOH است
(ک dis = 1.75 10 -5). در نمک دیگری از اسید استیک - استات آلومینیوم (CH 3 COO) 3 Al - واکنش محلول کمی اسیدی خواهد بود، زیرا. کدیس (CH 3 COOH) = 1.75 10 -5 بیشتر ک dis (Al (OH) 3) \u003d 1.2 10 -6.
واکنش‌های هیدرولیز در برخی موارد برگشت‌پذیر هستند، در حالی که در برخی دیگر به پایان می‌رسند. از نظر کمی، هیدرولیز با مقدار بی بعد r مشخص می شود که درجه هیدرولیز نامیده می شود و نشان می دهد که چه بخشی از تعداد کل مولکول های نمک در محلول تحت هیدرولیز قرار می گیرد:

G = n/ن 100%,

جایی که nتعداد مولکول های هیدرولیز شده است، نتعداد کل مولکول ها در یک محلول معین است. به عنوان مثال، اگر g \u003d 0.1٪ باشد، این بدان معنی است که از 1000 مولکول نمک، تنها یک مولکول با آب تجزیه می شود:

n = g ن/100 = 0,1 1000/100 = 1.

درجه هیدرولیز به دما، غلظت محلول و ماهیت املاح بستگی دارد. بنابراین، اگر هیدرولیز نمک CH 3 COONa را در نظر بگیریم، درجه هیدرولیز آن برای محلول های غلظت های مختلف به شرح زیر خواهد بود: برای محلول 1M - 0.003٪، برای 0.1M - 0.01٪، برای
0.01M - 0.03%، برای 0.001M - 0.1% (داده های گرفته شده از کتاب G. Remy). این مقادیر با اصل Le Chatelier سازگار است.
افزایش دما باعث افزایش انرژی جنبشی مولکول ها، تجزیه آنها به کاتیون ها و آنیون ها و برهمکنش با یون های آب (H + و OH -) می شود - الکترولیت ضعیفی در دمای اتاق.
با توجه به ماهیت واکنش‌دهنده‌ها، می‌توان یک اسید به محلول نمک برای اتصال یون‌های OH- و یک قلیایی برای اتصال یون‌های H+ اضافه کرد. همچنین می توانید نمک های دیگری را که در یون مخالف هیدرولیز می شوند، اضافه کنید. در این حالت، هیدرولیز هر دو نمک متقابلاً افزایش می یابد.
هیدرولیز را می توان (در صورت لزوم) با کاهش دما، افزایش غلظت محلول، وارد کردن یکی از محصولات هیدرولیز در آن تضعیف کرد: اسیدها، اگر یون های H + در طول هیدرولیز جمع شوند، یا قلیایی ها، در صورت تجمع یون های OH.
تمام واکنش های خنثی سازی گرمازا هستند، در حالی که واکنش های هیدرولیز گرماگیر هستند. بنابراین، بازده اولی با افزایش دما کاهش می یابد، در حالی که عملکرد دومی افزایش می یابد.
یون های H + و OH - نمی توانند در محلول در غلظت های قابل توجهی وجود داشته باشند - آنها به مولکول های آب ترکیب می شوند و تعادل را به سمت راست تغییر می دهند.
تجزیه نمک توسط آب با اتصال کاتیون ها و / یا آنیون های نمک تفکیک شده به مولکول های یک الکترولیت ضعیف توسط یون های آب (H + و / یا OH -) توضیح داده می شود که همیشه در محلول وجود دارد. تشکیل یک الکترولیت ضعیف، رسوب، گاز یا تجزیه کامل یک ماده جدید معادل حذف یون های نمک از محلول است که طبق اصل Le Chatelier (عمل برابر با واکنش) تعادل را تغییر می دهد. تجزیه نمک به سمت راست، و بنابراین منجر به تجزیه کامل نمک می شود. از این رو، خط تیره ها در جدول حلالیت در برابر تعدادی از ترکیبات ظاهر می شوند.
اگر مولکول های الکترولیت ضعیف به دلیل کاتیون های نمک تشکیل شوند، می گویند هیدرولیز در طول کاتیون انجام می شود و محیط اسیدی می شود و اگر به دلیل آنیون های نمک باشد، می گویند که هیدرولیز در امتداد آنیون انجام می شود و محیط قلیایی می شود. . به عبارت دیگر، هرکس قوی تر باشد - اسید یا باز - محیط را تعیین می کند.
فقط نمکهای محلول اسیدها و/یا بازهای ضعیف تحت هیدرولیز قرار می گیرند. واقعیت این است که اگر نمک کم محلول باشد، غلظت یون های آن در محلول ناچیز است و صحبت در مورد هیدرولیز چنین نمکی منطقی نیست.

ترسیم معادلات واکنش های هیدرولیز نمک ها

هیدرولیز نمک های بازهای پلی بازیک ضعیف و/یا اسیدها به صورت مرحله ای انجام می شود. تعداد مراحل هیدرولیز برابر با بزرگترین بار یکی از یون های نمک است.
مثلا:

با این حال، هیدرولیز در مرحله دوم و به خصوص در مرحله سوم بسیار ضعیف است، زیرا
r1 >> r2 >> r3. بنابراین، هنگام نوشتن معادلات هیدرولیز، شخص معمولاً خود را به مرحله اول محدود می کند. اگر عملاً هیدرولیز در مرحله اول کامل شود، در حین هیدرولیز نمک های بازهای پلی بازیک ضعیف و اسیدهای قوی، نمک های بازی تشکیل می شوند و در حین هیدرولیز نمک های بازهای قوی و اسیدهای پلی بازیک ضعیف، نمک های اسیدی تشکیل می شوند.
تعداد مولکول های آب درگیر در فرآیند هیدرولیز نمک طبق طرح واکنش با حاصلضرب ظرفیت کاتیون و تعداد اتم های آن در فرمول نمک تعیین می شود. (قاعده مؤلف).
مثلا:

Na 2 CO 3 2Na + 1 2 = 2 (H 2 O)،

Al 2 (SO 4) 3 2Al 3 + 3 2 = 6 (H 2 O)،

Co (CH 3 COO) 2 Co 2+ 2 1 \u003d 2 (H 2 O).

بنابراین هنگام تدوین معادله هیدرولیز از موارد زیر استفاده می کنیم الگوریتم(در مثالی از هیدرولیز Al 2 (SO 4) 3):

1. تعیین کنید نمک از چه موادی تشکیل شده است:

2. ما فرض می کنیم که هیدرولیز چگونه می تواند انجام شود:

Al 2 (SO 4) 3 + 6H–OH \u003d 2Al 3+ + 3 + 6H + + 6OH -.

3. از آنجایی که Al (OH) 3 یک باز ضعیف است و کاتیون Al 3+ آن یون های OH را از آب متصل می کند، فرآیند در واقع به این صورت است:

Al 2 (SO 4) 3 + 6H + + 6OH - \u003d 2Al (OH) 2+ + 3 + 6H + + 2OH -.

4. مقدار یون های H + و OH باقی مانده در محلول را با هم مقایسه می کنیم و واکنش محیط را مشخص می کنیم:

5. پس از هیدرولیز، نمک جدیدی تشکیل شد: (Al (OH) 2) 2 SO 4، یا Al 2 (OH) 4 SO 4، - دی هیدروکسوسولفات آلومینیوم (یا تترا هیدروکسوسولفات دی آلومینیوم) - نمک اصلی. تا حدی، AlOHSO 4 (هیدروکسوسولفات آلومینیوم) نیز می تواند تشکیل شود، اما به مقدار بسیار کمتر، و می توان آن را نادیده گرفت.

مثالی دیگر:

2. Na 2 SiO 3 + 2H 2 O \u003d 2Na + + + 2H + + 2OH -.

3. از آنجایی که H 2 SiO 3 یک اسید ضعیف است و یون آن یون های H + را از آب متصل می کند، واکنش واقعی به این صورت است:

2Na + + + 2H + + 2OH - \u003d 2Na + + H + H + + 2OH -.

4. H + + 2OH - \u003d H 2 O + OH - محیط قلیایی.

5. Na + + H \u003d NаНSiO 3 - سدیم هیدروسیلیکات - نمک اسید.

اسیدیته یا قلیاییت محیط را می توان به راحتی با مقدار یون های H + یا OH باقی مانده در محلول تعیین کرد، مشروط بر اینکه مواد جدیدی به نسبت های معادل در محلول تشکیل شده و وجود داشته باشند و هیچ معرف دیگری در طول واکنش اضافه نشود. محیط می تواند اسیدی یا کمی اسیدی (اگر یون های H + کم باشد)، قلیایی (اگر یون های OH زیاد باشد) یا کمی قلیایی باشد، و همچنین اگر مقادیر ثابت های تفکیک اسید ضعیف و ضعیف باشد، خنثی باشد. باز نزدیک هستند و تمام یون های H + و OH باقیمانده در محلول پس از هیدرولیز دوباره ترکیب می شوند و H 2 O را تشکیل می دهند.
قبلاً متذکر شدیم که درجه هیدرولیز نمک هر چه بیشتر باشد، اسید یا باز تشکیل دهنده این نمک ضعیف تر است. بنابراین، لازم است به دانش آموزان کمک شود تا مجموعه ای از آنیون ها و کاتیون های مربوط به کاهش قدرت اسیدها و بازهای تشکیل دهنده آنها را بیاورند (طبق گفته A.V. Metelsky).

آنیون ها: F - > > CH 3 COO - > H > HS - > > > > > .

کاتیون ها: Cd 2+ > Mg 2+ > Mn 2+ > Fe 2+ > Co 2+ > Ni 2+ > > Cu 2+ > Pb 2+ > Zn 2+ > Al 2+ > Cr 2+ > Fe 2+.

هر چه یون در این ردیف ها بیشتر به سمت راست قرار گیرد، هیدرولیز نمک تشکیل شده توسط آن بیشتر می شود، یعنی. باز یا اسید آن ضعیف تر از پایه های سمت چپ است. هیدرولیز نمک هایی که به طور همزمان توسط یک باز ضعیف و یک اسید تشکیل می شوند بسیار قوی است. اما حتی برای آنها، درجه هیدرولیز معمولاً از 1٪ تجاوز نمی کند. با این وجود، در برخی موارد، هیدرولیز چنین نمک هایی به شدت پیش می رود و درجه هیدرولیز تقریباً به 100٪ می رسد. چنین نمک هایی در محلول های آبی وجود ندارند، بلکه فقط به صورت خشک ذخیره می شوند. در جدول حلالیت، یک خط تیره در برابر آنها وجود دارد. نمونه هایی از چنین نمک هایی عبارتند از: BaS، Al 2 S 3، Cr 2 (SO 3) 3 و سایرین (به جدول حلالیت کتاب درسی مراجعه کنید).
چنین نمک هایی که درجه هیدرولیز بالایی دارند، به طور کامل و غیرقابل برگشت هیدرولیز می شوند، زیرا محصولات هیدرولیز آنها به شکل ماده ای کم محلول، نامحلول، گازی (فرار)، کم تفکیک از محلول خارج می شوند یا توسط آن تجزیه می شوند. آب به مواد دیگر
مثلا:

نمک هایی که به طور کامل توسط آب تجزیه می شوند را نمی توان با تبادل یونی در محلول های آبی به دست آورد، زیرا به جای تبادل یونی، واکنش هیدرولیز فعال تر انجام می شود.

مثلا:

2AlCl 3 + 3Na 2 S Al 2 S 3 + 6NaCl (می تواند چنین باشد)

2AlCl 3 + 3Na 2 S + 6H 2 O 2Al(OH) 3 + 3H 2 S + 6NaCl (در واقع همینطور است).

نمک‌هایی مانند Al 2 S 3 در محیط‌های بدون آب با تف جوشی اجزا به مقادیر معادل یا با روش‌های دیگر به دست می‌آیند:

بسیاری از هالیدها معمولاً به طور فعال با آب واکنش می دهند و هیدرید یک عنصر و هیدروکسید عنصر دیگر را تشکیل می دهند.
مثلا:

СlF + H–OH HClO + HF،

PСl 3 + 3H–OH P(OH) 3 + 3HCl
(به گفته L. Pauling).

به عنوان یک قاعده، در این نوع واکنش ها که هیدرولیز نیز نامیده می شود، عنصر الکترونگاتیو بیشتر با H + ترکیب می شود و الکترونگاتیو کمتر - با OH -. به راحتی می توان دریافت که واکنش های فوق مطابق با این قانون پیش می رود.
نمک های اسیدی اسیدهای ضعیف نیز تحت هیدرولیز قرار می گیرند. با این حال، در این مورد، همراه با هیدرولیز، تجزیه باقی مانده اسید رخ می دهد. بنابراین، در محلول NaHCO 3، هیدرولیز H به طور همزمان اتفاق می افتد، که منجر به تجمع یون های OH - می شود:

H + H–OH H 2 CO 3 + OH -،

و تفکیک، هرچند اندک:

H + H + .

بنابراین، واکنش محلول نمک اسیدی می تواند قلیایی (اگر هیدرولیز آنیون بر تفکیک آن غالب باشد) یا اسیدی (در حالت مخالف) باشد. این با نسبت ثابت هیدرولیز نمک ( به hydr) و ثابت های تفکیک ( بهدی) اسید مربوطه. در مثال مورد نظر بههیدرو آنیون بیشتر بهدیس اسید، بنابراین محلول این نمک اسیدی یک واکنش قلیایی دارد (که برای کسانی که از سوزش سر دل ناشی از اسیدیته بالای شیره معده رنج می برند، استفاده می کنند، اگرچه بیهوده این کار را انجام می دهند). با نسبت معکوس ثابت ها، به عنوان مثال در مورد هیدرولیز NaHSO 3، واکنش محلول اسیدی خواهد بود.
هیدرولیز یک نمک اساسی مانند هیدروکسی کلرید مس (II) به شرح زیر انجام می شود:

Cu(OH)Cl + H–OH Cu(OH) 2 + HCl،

یا به شکل یونی:

CuOH + + Cl - + H + + OH - Cu (OH) 2 + Cl - + H + محیط اسیدی.

هیدرولیز در معنای وسیع، واکنش تجزیه تبادلی بین مواد مختلف و آب است (G.P. Khomchenko). این تعریف هیدرولیز تمام ترکیبات، اعم از غیر آلی (نمک ها، هیدریدها، هالیدها، کالکوژن ها و غیره) و آلی (استرها، چربی ها، کربوهیدرات ها، پروتئین ها و غیره) را در بر می گیرد.
مثلا:

(C6H10O5) n + n H–OH n C6H12O6،

CaC 2 + 2H-OH Ca(OH) 2 + C 2 H 2،

Cl 2 + H–OH HCl + HClO،

PI 3 + 3H–OH H 3 PO 3 + 3HI.

در نتیجه هیدرولیز مواد معدنی - آلومینوسیلیکات ها - تخریب سنگ ها اتفاق می افتد. هیدرولیز برخی از نمک ها - Na 2 CO 3، Na 3 PO 4 - برای تصفیه آب و کاهش سختی آن استفاده می شود.
صنعت هیدرولیز که به سرعت در حال رشد است، تعدادی محصولات با ارزش از ضایعات (خاک اره چوب، پوست پنبه، پوسته آفتابگردان، کاه، ساقه ذرت، ضایعات چغندرقند و غیره) تولید می کند: الکل اتیلیک، مخمر علوفه، گلوکز، یخ خشک، فورفورال، متانول. ، لیگنین و بسیاری از مواد دیگر.
هیدرولیز در بدن انسان و حیوانات در حین هضم غذا (چربی، کربوهیدرات، پروتئین) در یک محیط آبی تحت تأثیر آنزیم ها - کاتالیزورهای بیولوژیکی رخ می دهد. نقش مهمی در تعدادی از دگرگونی های شیمیایی مواد در طبیعت (چرخه کربس، چرخه اسید تری کربوکسیلیک) و صنعت ایفا می کند. بنابراین فکر می کنیم باید به مطالعه هیدرولیز در درس شیمی مدارس توجه بیشتری شود.
در زیر یک نمونه آورده شده است کارت انتقال، پس از مطالعه مبحث "هیدرولیز نمک ها" در پایه نهم به دانش آموزان پیشنهاد داد تا مطالب را تجمیع کنند.

الگوریتم نوشتن معادله هیدرولیز Fe 2 (SO 4) 3 1. مشخص کنید که از چه نمکی تشکیل می شود: 2. ما فرض می کنیم که هیدرولیز چگونه می تواند انجام شود: Fe 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O \u003d 2Fe 3+ + 3 + 6H + + 6OH -. 3. از آنجایی که Fe (OH) 3 یک باز ضعیف است، کاتیون های Fe 3+ توسط آنیون های OH - از آب متصل می شوند و هیدرولیز در واقع به صورت زیر انجام می شود: 2Fe 3+ + 3 + 6H + + 6OH – = 2Fe(OH) 2+ + 3 + 6H + + 2OH – . 4. واکنش محیط را مشخص کنید: 6H + + 2OH - \u003d 2H 2 O + 4H + محیط اسیدی. 5. نمک جدید را با یون های باقی مانده در محلول تعیین می کنیم: 2Fe (OH) 2+ + = 2 SO 4 - دی هیدروکسوسولفات آهن (III) - نمک پایه هیدرولیز از طریق کاتیون انجام می شود.

اطلاعات تکمیلی (پشت کارت) 1. هر کس قوی تر باشد - یک باز یا یک اسید، محیط را تعیین می کند: اسیدی یا قلیایی. 2. تفکیک و هیدرولیز اسیدها و بازهای پلی بازیک فقط در مرحله اول در نظر گرفته می شود. مثلا: Al (OH) 3 \u003d Al + OH -، H 3 RO 4 \u003d H + +. 3. سری فعالیت اسیدها (نقاط قوت آنها): 4. سری فعالیت های پایگاه ها (نقاط قوت آنها): 5. هر چه اسید و باز در ردیف خود به سمت راست قرار بگیرند، ضعیف تر هستند. 6. تعداد مولکول های آب درگیر در هیدرولیز نمک طبق طرح واکنش با حاصلضرب ظرفیت کاتیون و تعداد اتم های آن در فرمول نمک تعیین می شود: Na 2 SO 3 2Na + 1 2 \u003d 2 (H 2 O)، ZnCl 2 1Zn 2+ 2 1 \u003d 2 (H 2 O)، Al 2 (SO 4) 3 2Al 3 + 3 2 = 6 (H 2 O). 7. اگر باز ضعیف باشد، هیدرولیز در امتداد کاتیون و اگر اسید ضعیف باشد در امتداد آنیون ادامه می‌یابد.

استفاده از این الگوریتم به نوشتن آگاهانه معادلات هیدرولیز توسط دانش آموزان کمک می کند و با آموزش کافی هیچ مشکلی ایجاد نمی کند.

ادبیات

Antoshin A.E., Tsapok P.I. علم شیمی. مسکو: شیمی، 1998;
آخمتوف N.S.. شیمی معدنی م.: آموزش و پرورش، 1369;
گلینکا N.L.شیمی عمومی. L.: شیمی، 1978;
Eremin V.V.، Kuzmenko N.E.علم شیمی. م.: امتحان، 1377;
Eremin V.V.، Kuzmenko N.E.، Popov V.A.. علم شیمی. مسکو: بوستارد، 1997;
کوزمنکو N.E.، Churanov S.S.شیمی عمومی و معدنی. M.: انتشارات دانشگاه دولتی مسکو، 1977;
Metelsky A.V.علم شیمی. مینسک: دایره المعارف بلاروس، 1997;
پاولینگ ال.، پاولینگ پی. علم شیمی. م.: میر، 1377;
Pimentel D.S.علم شیمی. مسکو: میر، 1967;
Feldman F.G.، Rudzitis G.E.شیمی-9. م.: روشنگری، 1376;
Kholin Yu.V.، Sleta L.A.معلم خصوصی شیمی. خارکف: فولینو، 1998;
خومچنکو جی.پی.. علم شیمی. مسکو: دبیرستان، 1998.

ما تأثیر یک شاخص جهانی را بر محلول‌های برخی نمک‌ها مطالعه می‌کنیم

همانطور که می بینیم، محیط محلول اول خنثی است (pH=7)، محلول دوم اسیدی است (pH).< 7), третьего щелочная (рН >7). چگونه می توان چنین واقعیت جالبی را توضیح داد؟ 🙂

ابتدا بیایید به یاد بیاوریم که pH چیست و به چه چیزی بستگی دارد.

pH یک نشانگر هیدروژن است، اندازه گیری غلظت یون های هیدروژن در یک محلول (با توجه به حروف اول کلمات لاتین potentia hydrogeni - قدرت هیدروژن).

pH به عنوان لگاریتم اعشاری منفی غلظت یون های هیدروژن محاسبه می شود که بر حسب مول در لیتر بیان می شود:

در آب خالص در دمای 25 درجه سانتی گراد، غلظت یون های هیدروژن و یون هیدروکسید یکسان است و به 7-10 مول در لیتر (7=pH) می رسد.

هنگامی که غلظت هر دو نوع یون در یک محلول یکسان باشد، محلول خنثی است. وقتی محلول > اسیدی است و زمانی که > - قلیایی است.

با توجه به چه چیزی در برخی از محلول های آبی نمک ها، برابری غلظت یون های هیدروژن و یون های هیدروکسید نقض می شود؟

واقعیت این است که به دلیل اتصال یکی از یون های آن (یا) با یون های نمک با تشکیل یک محصول ضعیف، به سختی محلول یا فرار، تغییری در تعادل تفکیک آب وجود دارد. این جوهر هیدرولیز است.

- این برهمکنش شیمیایی یون های نمک با یون های آب است که منجر به تشکیل یک الکترولیت ضعیف - اسید (یا نمک اسید) یا باز (یا نمک پایه) می شود.

کلمه "هیدرولیز" به معنای تجزیه با آب است ("هیدرو" - آب، "لیز" - تجزیه).

بسته به اینکه کدام یون نمک با آب تعامل دارد، سه نوع هیدرولیز وجود دارد:

1. žهیدرولیز توسط کاتیون (فقط کاتیون با آب واکنش می دهد).
2. هیدرولیز žanion (فقط آنیون با آب واکنش می دهد).
3. ž هیدرولیز مفصل - هیدرولیز توسط کاتیون و آنیون (هر دو کاتیون و آنیون با آب واکنش می دهند).

هر نمکی را می توان به عنوان محصولی در نظر گرفت که از اثر متقابل یک باز و یک اسید تشکیل می شود:

هیدرولیز نمک - برهمکنش یونهای آن با آب، که منجر به ظهور یک محیط اسیدی یا قلیایی می شود، اما با تشکیل رسوب یا گاز همراه نیست.
فرآیند هیدرولیز تنها با مشارکت پیش می رود محلولنمک و شامل دو مرحله است:
1)تفکیکنمک در محلول غیر قابل برگشتواکنش (درجه تفکیک، یا 100٪)؛
2) در واقع ، یعنی برهمکنش یون های نمک با آب برگشت پذیرواکنش (درجه هیدرولیز ˂ 1 یا 100%)
معادلات مرحله 1 و 2 - اولی برگشت ناپذیر است، دومی برگشت پذیر است - نمی توان اضافه کرد!
توجه داشته باشید که نمک ها توسط کاتیون ها تشکیل می شوند قلیایی هاو آنیون ها قویاسیدها تحت هیدرولیز قرار نمی گیرند، فقط زمانی که در آب حل می شوند تجزیه می شوند. در محلول نمک های KCl، NaNO 3، NaSO 4 و BaI، محیط خنثی.

هیدرولیز آنیونی

در صورت تعامل آنیون هانمک محلول با آب به این فرآیند گفته می شود هیدرولیز نمک در آنیون.
1) KNO 2 = K + + NO 2 - (تجزیه)
2) NO 2 - + H 2 O ↔ HNO 2 + OH - (هیدرولیز)
تفکیک نمک KNO 2 به طور کامل ادامه می یابد، هیدرولیز آنیون NO 2 - تا حد بسیار کمی (برای محلول 0.1 M - 0.0014٪)، اما به نظر می رسد که برای تبدیل شدن محلول کافی است. قلیایی(در میان محصولات هیدرولیز یک یون OH وجود دارد -)، در آن پ H = 8.14.
آنیون ها فقط تحت هیدرولیز قرار می گیرند ضعیفاسیدها (در این مثال، یون نیتریت NO 2 مربوط به اسید نیتروژن ضعیف HNO 2). آنیون یک اسید ضعیف، کاتیون هیدروژن موجود در آب را به سمت خود جذب می کند و مولکولی از این اسید را تشکیل می دهد، در حالی که یون هیدروکسید آزاد می ماند:
NO 2 - + H 2 O (H +، OH -) ↔ HNO 2 + OH -
مثال ها:
الف) NaClO \u003d Na + + ClO -
ClO - + H 2 O ↔ HClO + OH -
ب) LiCN = Li + + CN -
CN - + H 2 O ↔ HCN + OH -
ج) Na 2 CO 3 \u003d 2Na + + CO 3 2-
CO 3 2- + H 2 O ↔ HCO 3 - + OH -
د) K 3 PO 4 \u003d 3K + + PO 4 3-
PO 4 3- + H 2 O ↔ HPO 4 2- + OH -
ه) BaS = Ba 2+ + S 2-
S 2- + H 2 O ↔ HS - + OH -
لطفاً توجه داشته باشید که در مثال‌های (ce) نمی‌توانید تعداد مولکول‌های آب را افزایش دهید و به جای هیدروآنیون‌ها (HCO 3, HPO 4, HS) فرمول اسیدهای مربوطه (H 2 CO 3 , H 3 PO 4 , H 2 S ) را بنویسید. ). هیدرولیز یک واکنش برگشت پذیر است و نمی تواند "تا انتها" (قبل از تشکیل اسید) ادامه یابد.
اگر چنین اسید ناپایداری مانند H 2 CO 3 در محلول نمک NaCO 3 آن تشکیل شود ، CO 2 از محلول گاز آزاد می شود (H 2 CO 3 \u003d CO 2 + H 2 O). با این حال، هنگامی که سودا در آب حل می شود، یک محلول شفاف بدون تکامل گاز تشکیل می شود، که نشان دهنده ناقص بودن هیدرولیز آنیون با ظاهر شدن در محلول تنها هیدرانیون های اسید کربنیک HCO 3 - است.
درجه هیدرولیز نمک توسط آنیون به درجه تفکیک محصول هیدرولیز یعنی اسید بستگی دارد. هرچه اسید ضعیف تر باشد، درجه هیدرولیز بالاتر است.به عنوان مثال، یون های CO 3 2-، PO 4 3- و S 2- به میزان بیشتری نسبت به یون NO 2 تحت هیدرولیز قرار می گیرند، زیرا از تفکیک H 2 CO 3 و H 2 S در مرحله 2، و H 3 PO 4 در مرحله 3 بسیار کمتر از تجزیه اسید HNO 2 است. بنابراین، راه حل ها، به عنوان مثال، Na 2 CO 3، K 3 PO 4 و BaS خواهد شد بسیار قلیایی(که به راحتی با صابون بودن نوشابه قابل لمس است) .

تشخیص بیش از حد یون OH در محلول با یک نشانگر یا اندازه گیری با ابزارهای خاص (PH متر) آسان است.
اگر در محلول غلیظ نمکی که به شدت توسط آنیون هیدرولیز می شود،
به عنوان مثال Na 2 CO 3 ، آلومینیوم را اضافه کنید ، سپس دومی (به دلیل آمفوتریسم) با قلیایی واکنش داده و تکامل هیدروژن مشاهده می شود. این شواهد اضافی از هیدرولیز است، زیرا ما قلیایی NaOH را به محلول سودا اضافه نکردیم!

به نمک اسیدهای با قدرت متوسط ​​- ارتوفسفریک و گوگرد توجه ویژه ای داشته باشید. در مرحله اول این اسیدها به خوبی تفکیک می‌شوند، بنابراین نمک‌های اسیدی آن‌ها هیدرولیز نمی‌شوند و محیط محلول این گونه نمک‌ها اسیدی است (به دلیل وجود کاتیون هیدروژن در ترکیب نمک). و نمک های متوسط ​​توسط آنیون هیدرولیز می شوند - محیط قلیایی است. بنابراین، هیدروسولفیت ها، هیدروفسفات ها و دی هیدرو فسفات ها توسط آنیون هیدرولیز نمی شوند، محیط اسیدی است. سولفیت ها و فسفات ها توسط آنیون هیدرولیز می شوند، محیط قلیایی است.

هیدرولیز توسط کاتیون

در مورد برهمکنش یک کاتیون نمک محلول با آب، این فرآیند نامیده می شود
هیدرولیز نمک در کاتیون

1) Ni (NO 3) 2 = Ni 2 + + 2NO 3 - (تجزیه)
2) Ni 2 + + H 2 O ↔ NiOH + + H + (هیدرولیز)

تفکیک نمک Ni (NO 3) 2 به طور کامل ادامه می یابد، هیدرولیز کاتیون Ni 2 + - تا حد بسیار کمی (برای محلول 0.1 M - 0.001٪)، اما این برای اسیدی شدن محیط کافی است. (در میان محصولات هیدرولیز یک یون H + وجود دارد).

فقط کاتیون های هیدروکسیدهای بازی و آمفوتریک کم محلول و کاتیون آمونیوم تحت هیدرولیز قرار می گیرند. NH4+. کاتیون فلزی یون هیدروکسید را از مولکول آب جدا می کند و کاتیون هیدروژن H + را آزاد می کند.

کاتیون آمونیوم، در نتیجه هیدرولیز، یک پایه ضعیف - هیدرات آمونیاک و یک کاتیون هیدروژن تشکیل می دهد:

NH 4 + + H 2 O ↔ NH 3 H 2 O + H +

لطفاً توجه داشته باشید که نمی توانید تعداد مولکول های آب را افزایش دهید و به جای هیدروکسوکاسیون (مثلاً NiOH +) فرمول های هیدروکسید را بنویسید (مثلاً Ni (OH) 2). اگر هیدروکسیدها تشکیل می شدند، رسوبات از محلول های نمکی می ریزند که مشاهده نمی شود (این نمک ها محلول های شفاف تشکیل می دهند).
تشخیص مازاد کاتیون های هیدروژن با یک نشانگر یا اندازه گیری با ابزارهای خاص آسان است. منیزیم یا روی به محلول غلیظ نمکی که به شدت توسط کاتیون هیدرولیز می شود وارد می شود، سپس با آزاد شدن هیدروژن با اسید واکنش می دهد.

اگر نمک نامحلول باشد، هیدرولیز وجود ندارد، زیرا یون ها با آب برهمکنش ندارند.

کتاب کار شیمی عمومی و معدنی

7. محلول های آبی پروتولیت ها. 7.1. اب. محیط خنثی، اسیدی و قلیایی. پیش سنگ های قوی

دیدن وظایف >>>

بخش تئوری

نظریه مدرن اسیدها و بازها است نظریه پروتون برونستد - لوری، که تجلی عملکرد اسیدی یا بازی توسط مواد را با این واقعیت توضیح می دهد که آنها وارد واکنش می شوند. پروتولیز- واکنش های تبادل پروتون ها (کاتیون های هیدروژن) H + :

HA+E A - +نه+

اسید باز پایهاسید

طبق این نظریه اسید- این حاوی پروتونماده HA که دهنده پروتون خود است. باز یک ماده E است که پروتون اهدا شده توسط اسید را می پذیرد. در حالت کلی، واکنش دهنده اسید HA و واکنش دهنده باز E است و همچنین محصول باز A است. - و محصول - اسید HE + برای داشتن یک پروتون با یکدیگر رقابت می کنند، که منجر به واکنش اسید-باز برگشت پذیر به حالت می شود. اولیه تعادل. بنابراین، چهار ماده در سیستم وجود دارد که دو جفت مزدوج "اسید - باز" را تشکیل می دهند: HA / A. - و NOT + /E. به موادی که خاصیت اسیدی یا بازی دارند گفته می شود سنگهای اولیه .

7.1. اب. محیط خنثی، اسیدی و قلیایی. قوی سنگهای اولیه

رایج ترین حلال مایع روی زمین آب است. علاوه بر مولکول های H 2 O، آب خالص حاوی یون های هیدروکسید OH - و کاتیون های اکسونیوم H 3 O + به دلیل واکنش مداوم است. اتوپروتولیز اب:

H 2 O + H 2 O OH - + H 3 O

اسید باز اسید

ویژگی کمی اتوپروتولیز آب است محصول یونیاب:

ک که در\u003d [H 3 O + ][OH – ] = 1 . 10 –14 (25 ° از جانب)

بنابراین، در آب خالص

[H 3 O +] \u003d [OH -] \u003d 1. 10-7 مول در لیتر (25° از جانب)

محتوای کاتیون های اکسونیوم و یون های هیدروکسید نیز از طریق بیان می شود مقدار pH pHو شاخص هیدروکسیل pOH:

pH = -lg,pOH = -lg [ اوه- ]

در آب خالص در 25 ° از جانبpH = 7, pOH = 7, pH + pOH = 14.

در محلول های آبی رقیق (کمتر از 0.1 mol/l) مواد، مقدارpHمی تواند برابر، بزرگتر یا کمتر باشدpHآب خالص. درpH= 7 محیط یک محلول آبی خنثی نامیده می شود، زمانی کهpH < 7 – кислотной, при pH> 7 - قلیایی. افزایش قابل توجه غلظت یوناچ 3 O + در آب (آفرینش اسیدیمحیط) با یک واکنش پروتولیز برگشت ناپذیر موادی مانند کلرید هیدروژن، اسیدهای پرکلریک و سولفوریک حاصل می شود:

HCl+H2O= Cl - + H 3 O +، pH< 7

HClO 4 +H 2 O \u003d ClO 4 - + H 3 O +، pH< 7

H2SO4+2H 2 O \u003d SO 4 2– + 2H 3 O +، pH< 7

یون هاCl – , ClO 4 – , بنابراین 4 2– کونژوگه با این اسیدها خواص اساسی در آب ندارد. برخی از هیدروآنیون ها در یک محلول آبی مانند یون هیدرو سولفات رفتار مشابهی دارند:

HSO 4 – + H 2 O \u003d SO 4 2- + H 3 O +، pH< 7

به دلیل برگشت ناپذیری واکنش های پروتولیز، خود یوناچ 3 O + ، موادHCl, HClO 4 واچ 2 بنابراین 4 ، مشابه آنهاست اولیهخواصHClO 3 , HBr, HBrO 3 , سلام, HIO 3 , HNO 3 , HNCS, اچ 2 سئو 4 , HMnO 4 ، یون هاHSO 4 – , HSeO 4 – و برخی دیگر در محلول آبی در نظر گرفته می شوند اسیدهای قوی. در محلول رقیق یک اسید قوی HA (یعنی در از جانبکمتر از 1 mol/l غلظت کاتیون اکسونیوم و pH مربوط به غلظت مولی تحلیلی (با تهیه) است. از جانبروشن به صورت زیر:

[ اچ 3 O + ] = از جانبروی،pH = - ال جی[ اچ 3 O + ] = - ال جیاز جانبدر

مثال 1 . مقدار pH را در محلول 006/0 مولار اسید سولفوریک در تعیین کنید25 ° از جانب .

راه حل

pH = ? از جانب ب= 0.006 مول در لیتر 2 از جانب ب	H 2 SO 4 + 2H 2 O \u003d SO 4 2– + 2H 3 O +، pH<7 pH = - lg = -lg(2از جانب ب) = –lg (2´ 0,006) = 1, 9 2
پاسخ : راه حل 0.006Mاچ 2 بنابراین 4 این دارد PH 1 9 2

افزایش قابل توجهی در غلظت یونهای OH - در آب (ایجاد محیط قلیایی) با انحلال و تفکیک الکترولیتی کامل موادی مانند هیدروکسیدهای پتاسیم و باریم حاصل می شود. قلیایی ها:

KOH = ک + + OH - ; وا(OH) 2 + 2OH - ، pH > 7

مواد KOH، V ولی(OH) 2،NaOHو هیدروکسیدهای اساسی مشابه در حالت جامد بلورهای یونی هستند. در طی تفکیک الکترولیتی آنها در یک محلول آبی، یونهای OH تشکیل می شوند (این پایه قوی) و همچنین یون هاک + , Ba 2+ ,Na + و غیره که خاصیت اسیدی در آب ندارند. در غلظت تحلیلی معین MOH قلیایی در محلول رقیق ( از جانب بکمتر از 0.1 mol/l) داریم:

[OH -] = از جانب م اوه; pH = 14 – pOH = 14 +ال جی[OH -] \u003d 14 +ال جیاز جانب وزارت بهداشت

مثال 2 . PH محلول باریم هیدروکسید 012/0 مولار را در 25 تعیین کنید° از جانب.

pH = ? از جانب ب= 0.012 مول در لیتر [OH -] = 2 از جانب ب	که در ولی(OH) 2 \u003d Ba 2+ + 2OH -،pH > 7 pH = 14 – pOH = 14 + ال جی[OH -] \u003d 14 +ال جی(2از جانبج) = 14+ ال جی(2 . 0,012)=12,38
پاسخ : 0.012M محلول B ولی(OH)2 داردpH 12,38