2.3. Рівновага в розчинах солей, що гідролізуються

Гідроліз («розкладення водою») – оборотна взаємодія іонів солі в розчині з полярними молекулами води. Гідролізу підлягають солі, що містять катіони слабких основ та аніони слабких кислот.

В розчинах солей, в яких перебігає гідроліз, встановлюється гідролітична рівновага. Константа гідролітичної рівноваги К_h називається константою гідролізу.

Ступенем гідролізу h називається величина, що дорівнює відношенню числа гідролізованих іонів с_h до загальної концентрації с₀ вихідних іонів:

Ступінь гідролізу залежить від концентрації розчину та температури: вона збільшується зі зменшенням концентрації та збільшенням температури.

За звичайних умов, гідролізується дуже незначна кількість іонів: h<<1.

2.3.1. Гідроліз солі, утвореної сильною основою та слабкою кислотою

Наприклад: гідроліз натрій ацетату

В розчині ця сіль дисоціює за рівнянням:

CH₃COONa →CH₃COO^– + Na⁺

Гідроліз таких солей відбувається за «слабкою складовою» – аніоном:

CH₃COO^– + НОН ↔ CH₃COOН + ОН^–

Середовище в такому розчині обумовлює наявність гідроксильних груп, тобто лужне.

Вираз для константи гідролізу:

Якщо помножити чисельник та знаменник на [H⁺]

та після нескладних математичних перетворень, враховуючи, що

[H⁺]·[OH^-] = K_w, отримаємо

де: K_а- константа іонізації кислоти

Ступінь гідролізу солі, що гідролізується за аніоном, обчислюють за формулою:

Значення рН в розчині таких солей визначається за формулою:

2.3.2. Гідроліз солі, утвореної сильною кислотою та слабкою основою

Наприклад: гідроліз амоній хлориду

В розчині ця сіль дисоціює за рівнянням:

NH₄Cl → NH₄⁺ + Cl^–

Гідроліз солей цього типу відбувається за катіоном:

NH₄⁺ + НОН ↔ NH₃·Н₂О + Н⁺

Середовище в розчині обумовлене наявністю протонів Н⁺ – кисле.

Вираз для константи гідролізу:

Помножимо чисельник та знаменник на [ОH^-]

Враховуючи, що [H⁺]·[OH^-]=K_w, отримаємо

де K_b- константа іонізації основи

Ступінь гідролізу обчислюють за формулою:

Значення рН в розчині солей, утворених слабкою основою та сильною кислотою визначається за формулою:

2.3.3. Гідроліз солі, утвореної слабкою кислотою та слабкою основою

Наприклад: гідроліз амоній ацетату

В розчині ця сіль дисоціює за рівнянням:

CH₃COONH₄ → CH₃COO^– + NH₄⁺

Гідроліз таких солей відбувається і за аніоном, і за катіоном:

CH₃COO^– + NH₄⁺ + НОН ↔ CH₃COOН + NH₃·Н₂О

В результаті гідролізу утворилася слабка кислота та слабка основа, тому рН розчину можна визначити, порівнюючи константи іонізації кислоти та основи.

В даному випадку,

К(CH₃COOН) = 1,74·10^-5

К(NH₃·Н₂О) = 1,76·10^-5

Тобто, фактично К(CH₃COOН) ≈ К(NH₃·Н₂О), значить реакція середовища близька до нейтральної: рН ≈ 7.

Вираз для константи гідролізу:

Якщо помножити чисельник та знаменник на [H⁺] та [OH^-] та після математичних перетворень, аналогічним попереднім випадкам, отримаємо

де: K_а, К_b – константи іонізації кислоти та основи

Ступень гідролізу солі, що гідролізується за катіоном та аніоном, обчислюють за формулою, яка має непростий вигляд:

Значення рН в розчині таких солей визначається за формулою:

Всі наведені формули для солей, що гідролізуються, зведені в таблицю додатку 3.

2.3.4. Зміщення рівноваги при гідролізі

Оскільки одним з продуктів гідролізу є катіони Гідрогену або гідроксильні групи, то на стан рівноваги процесу гідролізу суттєво впливає зміна рН розчину. Таким чином, змінюючи рН розчину можна або посилити, або подавити гідроліз. Цей прийом досить широко застосовується в практиці аналізу.

Наприклад, при приготуванні розчину солі ферум (ІІ) хлорид гідроліз є небажаним явищем, оскільки в результаті його перебігу ( за звичайних умов по першому ступеню) концентрація ферум(ІІ)-іонів знижується за рахунок утворення основної солі:

Fe²⁺ + H₂O F Fe(OH)⁺ + H⁺

FeCl₂ + H₂O F Fe(OH)Cl + HCl

Згідно з принципом зміщення рівноваги – принципом Ле Шательє, підвищивши концентрацію одного з продуктів реакції, можна досягти зміщення рівноваги в бік перебігу оборотної реакції. Тому, якщо додатково ввести в розчин H⁺ , тобто підкислити його, гідроліз буде подавлятись, в розчині переважатимуть Fe²⁺.

Відповідно, якщо будемо мати сіль, яка гідролізується за аніоном, одним з продуктів гідролізу є гідроксильна група. Наприклад, гідроліз натрій карбонату за звичайних умов проходить за першим ступенем з утворенням гідрокарбонат-аніону та гідроксильних груп:

CO₃^2– +H₂O F HCO₃^– + OH^–

Na₂CO₃ + H₂O F NaHCO₃ + NaOH

Тому для припинення гідролізу необхідно додати розчин лугу – підлужити розчин.