Гидролиз

Взаимодействие ионов соли, находящейся в растворе, с ионами воды, в результате которого образуется малодиссоциированное вещество, выпадающее в осадок, носит название гидролитического осаждения (или гидролиза). При гидролизе солей образуются, за счет связывания ионов воды (Н⁺ и ОН^-), кислоты и основания и изменяется водородный показатель рН среды в ту или иную (щелочную или кислотную) сторону в зависимости от природы соли. В химическом смысле гидролиз солей обратен реакции нейтрализации. При гидролитическом выделении металлов они осаждаются в виде труднорастворимых соединений - гидроксидов или основных солей. Реакция образования гидроксида металла в ионном виде может быть выражена следующим уравнением:

Me(OH)_n(тв)

В этом случае произведение растворимости Me(OH)_n равно:

где и - активности ионов Meⁿ⁺ и.

Гидролиз, как правило, является процессом обратимым и не протекает в обратном направлении, то есть в направлении растворения гидроксида, в том случае, когда достаточно малая величина.

Гидроксиды металлов выделяются при определенном рН, значение которого является функцией , активности и заряда иона металла n в растворе:

,

где K_B - ионное произведение воды, равное 10^-14.

Поскольку насыщенные растворы малорастворимых гидроксидов характеризуются малыми концентрациями ионов, приближенно можно считать, что

З

7*

ная природу осаждаемого гидроксида (L) и исходную концентрацию металла [Meⁿ⁺] в водном растворе, по этом уравнению можно рассчитать рН начала гидратообразования, а также найти остаточную концентрацию металла в растворе, если известно значение рН конца гидратоосаждения.

Из этого уравнения также следует, что с увеличением концентрации металла в растворе рН начала выделения гидроксида смещается в область более низких значений. Для данного металла с увеличением степени его окисления (заряда катиона n) рН выделения гидроксида также смещается в сторону более низких значений.

Осаждение металлов в форме гидроксидов используют для коллективного и селективного выделения их из растворов (например, при очистке цинковых и медных растворов от железа, сточных вод от ионов цветных металлов).

При наличии в растворе ионов нескольких металлов прежде всего начнет осаждаться гидроксид того металла, рН выделения гидроксида которого меньше (раствор кислее), а, следовательно, и растворимость меньше. Таким образом, имеется возможность в каждом отдельном случае способствовать или препятствовать протеканию гидролиза путем прибавления к раствору некоторого количества кислоты или щелочи до определенной величины рН и производить фракционное осаждение гидроксидов примесей, присутствующих в промышленных растворах, так как каждая из них осаждается при различных значениях рН.

Гидроксиды Me³⁺ выделяются при более низких значениях рН, чем гидроксиды Me²⁺. Так, в промышленной практике используют способ отделения кобальта от никеля, основанный на окислении Со²⁺ до Со³⁺ ( = 2,010^-16, = 6,4; = 3,010^-41, = 1,0; = 1,010^-15, = 7,1). Окисляют Со²⁺ до Со³⁺ хлором, процесс проводят в слабокислой среде, добавляя воду для нейтрализации образующейся кислоты:

2CoSO₄ + Cl₂ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O =

= 2Co(OH)₃ + 2NaCl + 2Na₂SO₄ + 3CO₂

Гидроксид кобальта Со(ОН)₃ осаждают при рН =1-2. Гидроксид никеля Ni(OH)₂ в этих условиях не осаждается, хотя никель частично соосаждается с кобальтом вследствие некоторого его окисления до Ni³⁺. Путем переосаждения получают Со(ОН)₃ с содержанием примеси никеля 0,2-0,3 %.

При соблюдении определенных условий (тонком регулировании рН раствора) дробным осаждением удается осуществить разделение очень близких по свойствам элементов, таких как лантаноиды.

В производстве глинозема гидролиз используется на операции декомпозиции - разложения алюминатного раствора с осаждением гидроксида алюминия:

NaAlO₂ + 2H₂O  AL(OH)₃ + NaOH

Гидратация - взаимодействие веществ с водой, при котором, в отличие от гидролиза и других реакций с участием воды, молекулы воды не разрушаются. Гидратация - частный случай сольватации, то есть взаимодействия растворенных частиц с молекулами растворителя.

При приготовлении известкового молока (гашении извести) происходит гидратация оксидов кальция и магния по обратимым экзотермическим реакциям:

CaO + H₂O Ca(OH)₂

MgO + H₂O Mg(OH)₂

Направление реакций определяется температурой и парциальным давлением водяных паров, а скорость гидратации СаО и MgO - химическим и минералогическим составом и пористостью извести.