Типы протолитических реакций

Реакция нейтрализации – протолитическая реакция переноса протона от кислоты к основанию, например,

HNO₃ + KOH = KNO₃ + H₂O

H⁺ + OH^– = H₂O

Автопротолиз (собственный протолиз) – перенос протона между двумя одинаковыми частицами амфолита.

Примеры:

а) H₂O + H₂O ((;(( OH^– + H₃O⁺

кис-та 1 осн-е 2 осн-е 1 кис-та 2

б) NH₃ + NH₃ ((;(( NH + NH

кис-та 1 осн-е 2 осн-е 1 кис-та 2

Гидролиз солей – протолитический процесс взаимодействия ионов солей с молекулами воды, приводящий к образованию малодиссоциирующих соединений.

Гидролиз по аниону – протолитическое взаимодействие с водой соли, содержащей анион-протолит и катион-непротолит.

Примеры:

1) NaClO + H₂O ((;(( HClO + NaOH pH > 7

ClO^– + H₂O ((;(( HClO + OH^–

осн-е 2 кис-та 1 кис-та 2 осн-е 1

Анион является сопряженным основанием слабой кислоты HClO, поэтому выигрывает конкуренцию у воды за протон, связывая его в слабую кислоту.

2) гидролиз соли, содержащей анион-амфолит:

2а) НРО + H₂O ((;(( Н₂РО + OH^– K_в(НРО ) = 4,6210^–7

осн-е 2 кис-та 1 кис-та 2 осн-е 1

2б) НРО + H₂O ((;(( РО + Н₃О⁺ K_а(НРО ) = 4,5710^–13

кис-та 2 осн-е 1 осн-е 2 кис-та 1

Так как K_а(НРО ) < K_в(НРО ), следовательно основные свойства у гидрофосфат-аниона преобладают над кислотными и НРО будет преимущественно выступать в качестве акцептора протона, то есть в основном протекает реакция 2а и реакция среды будет щелочной (рН > 7).

2в) Н₂РО + H₂O ((;(( НРО + Н₃О⁺ K_а(Н₂РО ) = 6,1710^–8

кис-та 2 осн-е 1 осн-е 2 кис-та 1

2г) Н₂РО + H₂O ((;(( Н₃РО₄ + ОН^– K_в(Н₂РО ) = 1,3810^–12

осн-е 2 кис-та 1 кис-та 2 осн-е 1

Так как K_а(Н₂РО ) > K_в(Н₂РО ), следовательно кислотные свойства у дигидрофосфат-аниона преобладают над основными и Н₂РО будет преимущественно выступать в качестве донора протона, то есть в основном протекает реакция 2в и реакция среды будет слабокислой (рН < 7).

2д) HSO + H₂O ((;(( SO + H₃O⁺ K_a(HSO )= 6,31×10^–8

кис-та 2 осн-е 1 осн-е 2 кис-та 1

2е) HSO + H₂O ((;(( SO₂Н₂О + OH^– K_в(HSO ) = 6,0210^–13

осн-е 2 кис-та 1 кис-та 2 осн-е 1

Так как K_a(HSO ) > K_в(HSO ), следовательно кислотные свойства у гидросульфит-аниона преобладают над основными и HSO будет преимущественно выступать в качестве донора протона, то есть в основном протекает реакция 2д и реакция среды будет слабокислой (рН < 7).

Гидролиз по катиону – протолитическое взаимодействие с водой соли, содержащей катион-протолит и анион-непротолит.

Примеры:

г) Амфотерные гидроксиды Zn(OH)₂, Be(OH)₂, Al(OH)₃, Cr(OH)₃ гидратируются в водном растворе, образуя гидроксоаквакомплексы [Zn(H₂O)₂(OH)₂], [Al(H₂O)₃(OH)₃]. Условно можно считать, что идет гидратация только одной молекулой воды, например, Al(OH)₃H₂O. Затем гидратированные частицы вступают одновременно в две реакции протолиза с водой:

Al(OH)₃H₂O + H₂O ((;(( [Al(OH)₄]^– + H₃O⁺ K_a = 3,1610^–8

кис-та 2 осн-е 1 осн-е 2 кис-та 1

Al(OH)₃H₂O + H₂O ((;(( Al(OH) 2H₂O + OH^– K_в = 7,4110^–13

осн-е 2 кис-та 1 кис-та 2 осн-е 1

Т.к. K_в < K_a, то Al(OH)₃ проявляет в несколько большей степени кислотные свойства.

б) NH + Н₂О ((;(( NH₃ + H₃O⁺

кис-та 2 осн-е 1 осн-е 2 кис-та 1

Гидролиз соли по катиону и аниону – протолитическое взаимодействие с водой соли, содержащей катион- и анион-протолиты.

Примеры:

а) NH₄NO₂ + H₂O ((;(( NH₃H₂O + HNO₂

NH + NO + H₂O ((;(( NH₃H₂O + HNO₂

рK_а(HNO₂) = 3,29; рK_в(NH₃H₂O) = 4,76.

Реакция среды слабокислая, т.к. рK_а(HNO₂) < рK_в(NH₃H₂O).

б) NH₄ClO + H₂O ((;(( NH₃H₂O + HClO

рK_а(HClO) = 7,55; рK_в(NH₃H₂O) = 4,76.

Реакция среды слабощелочная, т.к. рK_в(NH₃H₂O) < рK_а(HClO).

Гидролиз белков, жиров, полисахаридов – необходимое условие для усвоения их организмом.

Гидролиз АТФ – источник энергии для многих биологических процессов: синтеза метаболитов, сокращения мышц, ионного транспорта и т.д. АТФ переносит энергию от соединений, выделяющих при гидролизе большее количество свободной энергии (R₁H), к соединениям (R₂H), выделяющих за счет гидролиза меньшее количество энергии.

R₁–фосфат + АДФ  R₁H + АТФ

АТФ + R₂H  R₂–фосфат + АДФ

Основные положения теории кислот и оснований Льюиса представлены в табл. 11.

Таблица 11