2. Гидролиз солей. Механизм гидролиза

Гидролизом называется взаимодействие вещества с водой, при котором составные части вещества соединяются с составными частями воды.

Гидролизу подвержены соединения различных классов: соли, углеводы, белки, эфиры, жиры и т. д. В настоящей лекции рассматривается один из важнейших его случаев – гидролиз солей.

Кратко механизм взаимодействия соли с водой можно представить следующим образом. При растворении в воде под действием полярных молекул Н₂О соль диссоциирует на положительно заряженные катионы Кⁿ⁺ и отрицательно заряженные анионы Аⁿ⁻. Полярные молекулы воды окружают образовавшиеся ионы, образуя так называемую гидратную оболочку. Но гидратированные ионы соли также могут взаимодействовать с молекулами воды, присоединяя к себе либо ион водорода, либо гидроксид-ион (в зависимости от природы самого иона соли).

Катионы Кⁿ⁺ связываются в растворе с гидратирующими их молекулами воды донорно-акцепторной связью; донорами являются атомы кислорода, имеющие две свободные электронные пары, акцепторами – катионы, имеющие свободные квантовые ячейки. Чем больше заряд катиона и чем меньше его размер, тем значительнее будет поляризующее действие Кⁿ⁺ на Н₂О. С водой могут взаимодействовать катионы, которым соответствуют слабые основания (например, ион Fe³⁺, которому соответствует слабое основание Fe(OH)₃); катионы, которым соответствуют сильные основания, с водой не взаимодействуют.

Анионы Аⁿ⁻ связываются с молекулами воды водородной связью. Сильное взаимодействие анионов может привести к полному отрыву протона; при этом образуется молекула кислоты (или анион вида HS⁻, HCO₃⁻ и т.п.). Взаимодействие анионов Аⁿ⁻ с протонами тем значительнее, чем больше n и чем меньше радиус аниона. С водой могут взаимодействовать анионы, которым соответствуют слабые кислоты (например, ион СО₃²⁻, которому соответствует слабая кислота Н₂СО₃); анионы, которым соответствуют сильные кислоты, с водой не взаимодействуют.

Различают четыре варианта действия воды на соли:

1) Если соль образована анионом слабой кислоты и катионом сильного основания, гидролиз идет по аниону (реакция среды щелочная, pH 7).

I ступень

гидролиза ;

pH 7, среда щелочная

;

.

II ступень

гидролиза ;

;

.

При комнатной температуре гидролиз практически идет по первой ступени. Причина этого заключается в следующем. Ионы ОН⁻, выделившиеся на первой ступени, сдвигают равновесие второй ступени в сторону исходных веществ.

Чем слабее кислота, образующая соль, тем полнее будет идти гидролиз.

2) Если соль образована катионом слабого основания и анионом сильной кислоты, гидролиз идет по катиону (реакция среды кислая, pH 7).

I ступень

гидролиза ;

pH 7, среда кислая

;

.

II ступень

гидролиза ;

;

;

III ступень

гидролиза ;

;

;

При комнатной температуре гидролиз практически идет по первой ступени. Как и в предыдущем случае, причина заключается в том, что ионы водорода Н⁺, выделившиеся на первой ступени, сдвигают равновесие второй и третьей ступени в сторону исходных веществ.

Чем слабее основание, образующее соль, тем полнее будет идти гидролиз.

4) Если соль образована катионом слабого основания и анионом слабой кислоты, гидролиз идет и по катиону, и по аниону (реакция среды либо слабокислая, либо слабощелочная, pH ≈ 7).

Рассмотрим соль сульфид алюминия Al₂S₃, образованную слабым основанием Al(OH)₃ и слабой кислотой H₂S. Гидролизу подвергаются только растворимые соли, поэтому мы должны прежде всего определить, растворяется ли сульфид алюминия в воде. Но в соответствующей клетке таблицы растворимости стоит прочерк. Почему же, согласно таблице растворимости, Al₂S₃ не существует, ведь получить его довольно просто: для этого надо нагреть смесь серы и алюминия. Оказывается, прочерк в таблице растворимости означает, что Al₂S₃ не существует только в растворе. Почему? Что же происходит с сульфидом алюминия при растворении?

При помещении в воду сульфид алюминия, как соль слабой кислоты и слабого основания, подвергается гидролизу и по катиону, и по аниону:

;

pH 7

.

Характер среды зависит от относительной силы слабой кислоты и слабого основания, которые образовались в процессе гидролиза.

При комнатной температуре гидролиз, как правило, идет до конца (то есть до образования конечных продуктов реакции). Причина этого заключается в том, что при гидролизе катиона образуются ионы Н⁺, а при гидролизе аниона – ионы ОН⁻:

,

.

Эти ионы соединяются, образуя молекулы воды. Это приводит к смещению обоих равновесий вправо. Иначе говоря, гидролиз катиона и гидролиз аниона в этом случае усиливают друг друга.

4) Если соль образована катионом сильного основания и анионом сильной кислоты, гидролиз не идет (реакция среды нейтральная, pH = 7).

гидролиз не идет, pH 7.

Запомнить:

1. Если соль образована сильной кислотой и сильным основанием, гидролиз не идет

2. Если соль образована слабой кислотой и сильным основанием или слабым основанием и сильной кислотой, при комнатной температуре гидролиз идет по первой ступени

3. Если соль образована слабой кислотой и слабым основанием, при комнатной температуре гидролиз идет до конца

Пример. Какие продукты образуются при смешивании растворов FeCl₃ и Na₂CO₃? Составьте ионное и молекулярное уравнения реакции.

Решение. Соль FeCl₃ гидролизуется по катиону, а Na₂CO₃ – по аниону:

;

.

Если растворы этих солей находятся в одном сосуде, то идет взаимное усиление гидролиза каждой из них, ибо катионы Н⁺ и ОН⁻ образуют молекулу слабого электролита Н₂О. При этом гидролитическое равновесие сдвигается вправо и гидролиз каждой из взятых солей идет до конца с образованием и (Н₂CO₃). Ионное уравнение: