Что такое гидролиз солей? Как он происходит?

Гидролиз солей – это химическое взаимодействие ионов соли с ионами воды, приводящее к образованию слабого электролита. Гидролиз, дословно, это разложение водой. Давая такое определение реакции гидролиза солей, мы подчеркиваем, что соли в растворе находятся в виде ионов, и что движущей силой реакции является образование малодиссоциирующих частиц (общее правило для многих реакций в растворах).

Всегда ли ионы способны образовывать с водой малодиссоциирующие частицы? Например, катионы сильного основания и анионы сильной кислоты таких частиц образовать не могут, следовательно, в реакцию гидролиза не вступают.

Какие типы гидролиза возможны? Поскольку соль состоит из катиона и аниона, то возможны три типа гидролиза:
- гидролиз по катиону (в реакцию с водой вступает только катион);
- гидролиз по аниону (в реакцию с водой вступает только анион);
- совместный гидролиз (в реакцию с водой вступает и катион, и анион);

Если рассматривать соль как продукт нейтрализации основания кислотой, то можно разделить соли на четыре группы, для каждой из которых гидролиз будет протекать по-своему.

1. Соль, образованная сильным основанием и сильной кислотой (KBr, NaCl, NaNO₃), гидролизу подвергаться не будет, так как в этом случае слабый электролит не образуется. Реакция среды остается нейтральной.
2. В соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой (FeCl₂, NH₄Cl, Al₂(SO₄)₃, MgSO₄) гидролизу подвергается катион:

   FeCl₂ + HOH => Fe(OH)Cl + HCl 
   Fe₂ + 2Cl- + H+ + OH- => FeOH+ + 2Cl- + Н+В

   в результате гидролиза образуется слабый электролит, ион H и другие ионы. РН раствора < 7 (раствор приобретает кислую реакцию).
3. Соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой (КClO, K₂SiO₃, Na₂CO₃, CH₃COONa) подвергается гидролизу по аниону, в результате чего образуется слабый электролит, гидроксид ион и другие ионы. K2SiO3 + НОH =>KHSiO3 + KОН 
   2K+ +SiO32- + Н+ + ОH- => НSiO3- + 2K+ + ОН-. РН таких растворов > 7 ( раствор приобретает щелочную реакцию).
4. Соль, образованная слабым основанием и слабой кислотой (СН₃СООNН₄, (NН₄)2СО₃, Al₂S₃), гидролизуется и по катиону, и по аниону. В результате образуется малодиссоциирующие основание и кислота. РН растворов таких солей зависит от относительной силы кислоты и основания.

Как определить характер среды водного раствора соли?

Нужно запомнить, что кислоты HBr, HI, HCl, H₂SO₄, HNO₃, HClO₄ - СИЛЬНЫЕ, остальные - слабые

Основания на основе металлов Li, Na, K, Rb, Cs Ca, Ba, Sr - СИЛЬНЫЕ, остальные - слабые

Смотрим, чем образована соль:

КF - K дает СИЛЬНОЕ основание, HF - слабая кислота, Кто сильней, того и среда - щелочная

ZnSO₄ Zn - слабое основание, H2SO₄ - СИЛЬНАЯ кислота - среда кислая

NaCl - все СИЛЬНЫЕ - среда нейтральная

(NH₄)2CO₃ - все слабые, здесь надо сравнивать константы диссоциации, в данном случае они близки, поэтому среда нейтральная.

Теперь вопрос: по катиону или аниону идет гидролиз?

Запоминаем одно правило - бьют слабых

КF - здесь анион, образован слабой кислотой - гидролиз по аниону

ZnSO4 Zn - слабое основание - катион, гидролиз по катиону

(NH₄)2CO₃ все слабые - по катиону и по аниону

NaCl - все СИЛЬНЫЕ нет гидролиза, ни по катиону, ни по аниону

Мерой силы кислоты и основания является константа диссоциации соответствующего реактива. Реакция среды этих растворов может быть нейтральной, слабокислой или слабощелочной: Аl₂S₃ + 6HOH => 2Аl(ОН)₃ + 3Н₂S 
2Al3+ + 3S2- + 6H+ + 6OH- =>2Аl(ОН)₃ + 6Н+ + S2- 
рН = 7

Гидролиз многокислотных солей и многоосновных кислот проходит ступенчато. Например, гидролиз хлорида железа (II) включает две ступени:
1-ая ступень FeCl₂ + HOH => Fe(OH)Cl + HCl 
Fe2+ + 2Cl- + H+ + OH- =>Fe(OH)+ + 2Cl- + H+
  2-ая ступень Fe(OH)Cl + HOH => Fe(OH)₂ + HCl 
Fe(OH)+ + Cl- + H+ + OH- =>Fe(ОН)₂ + Н+ + Cl-.

Гидролиз карбоната натрия включает две ступени:
1-ая ступень Nа2СО3 + HOH =>NаНСО3 + NаОН 
СО32- + 2Na+ + H+ + OH- => НСО3- + ОН- + 2Na+
2-ая ступень NаНСО3 + Н2О =>NаОН + Н2СО3 
НСО3- + Na+ + H+ + OH- => Н2СО3 + ОН- + Na+.

Обратимость гидролиза

Гидролиз - процесс обратимый. Повышение концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов препятствует протеканию реакции до конца. Параллельно с гидролизом проходит реакция нейтрализации, когда образующееся слабое основание (Мg(ОН)₂, Fe(ОН)₂) взаимодействует с сильной кислотой, а образующаяся слабая кислота (СН₃СООН, Н₂СО₃) - со щелочью. Гидролиз протекает необратимо, если в результате реакции образуется нерастворимое основание и (или) летучая кислота: Al₂S₃ + 6H₂O => 2Al(OH)₃ + 3H₂S

Как зависит гидролиз солей от природы катиона и аниона, образующих соль?

От этого будет зависить, как пойдет гидролиз.
Если соль образована слабым катионом и слабым анионом, то гидролиз идет и по катиону, и по аниону.
Если соль образована слабым катионом и сильным анионом, то гидролиз идет по катиону.
Если соль образована сильным катионом и слабым анионом, то гидролиз идет по аниону.
Если соль образована сильным катионом и сильным анионом, то соль гидролизу не подвергается.
И да, гидролизу подвергаются только растворимые соли.

Как понять, какие соли подвергаются гидролизу?

Гидролизу подвергаются соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой или слабым основанием и сильной кислотой. Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, не гидролизуются, а соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой, в растворе не существуют, так как полностью разлагаются в воде.

Гидролиз - это взаимодействие веществ с водой, при которой происходит разложение этих веществ и воды с образованием новых соединений. Гидролизу подлежат различные соединения: соли, углеводы, белки, сложные эфиры, жиры и др. Гидролиз различных соединений различных классов существенно различается. Запишем примеры сильных и слабых оснований:
 Сильные основания: - щелочи: NaOH, KOH, LiOH, Ba(OH)₂, Ca(OH)₂
Слабые основания: Mg(OH)₂, Fe(OH)₂, Zn(OH)₂, NH₄OH, Fe(OH)₃, AI(OH)₃
(совет чаще сверяйте себя посмотрев таблицу растворимости.)
4. Запишем примеры сильных и слабых оснований:
Сильные кислоты: HCIO₄ хлорная, H₂SO₄ серная, HNO₃ азотная, HCl хлороводородная, HI иодоводородная, HBr бромоводородная.
Слабые кислоты: HF фтороводородная, H₃PO₄ фосфорная, H₂SO₃ сернистая, H₂S сероводородная, H₂CO₃ угольная, H₂SiO₃ кремниевая.
 5. Гидролиз солей. (Не все соли подвергаются гидролизу, пример 4)
Чтобы понять, как происходит гидролиз солей, необходимо сначала рассмотреть состав соли, а именно, какой силы основание и какой силы кислота образовала соль.
 Рассмотрим примеры гидролиза:
 

1. Гидролиз соли слабой кислоты и сильного основания (гидролиз по аниону):
Фосфат калия K₃PO₄- соль образованная сильным основанием и слабой кислотой, гидролиз будет проходить по аниону:
K₃PO₄ + H-OH ⇄ K₂HPO₄ + KOH
3K⁺ + PO₄³⁻ + H-OH ⇄ 2K⁺ + HPO₄²⁻ + K⁺ + OH⁻
 PO₄³⁻ + H-OH ⇄ HPO₄²⁻ + OH⁻
Среда раствора щелочная (pH > 7 )
Заметьте, что к кислотному остатку присоединился ион водорода а гидроксогруппа OH⁻ остается свободной и дает среду раствора.

2. Гидролиз соли сильной кислоты и слабого основания (гидролиз по катиону:
Сульфат железа (II) FeSO₄ - соль образована слабым основанием и сильной кислотой, гидролиз будет проходить по катиону.
2FeSO₄²⁻ +2 H-OH ⇄ (FeOH)₂SO₄²⁻ + H₂SO₄
2Fe²⁺+ 2SO₄²⁻ + 2H-OH ⇄ (FeOH)₂⁺ + SO₄²⁻ + 2H⁺ + SO₄²⁺
2Fe²⁺+ 2H-OH ⇄ (FeOH)₂⁺ + 2H⁺
Среда раствора кислая (pH < 7)
Заметьте, что к иону металла⁺ (катиону⁺) присоединилась гидроксогруппа OH⁻ от воды, ион водорода H⁺ остается свободной и дает среду раствора.

3. Гидролиз соли слабой кислоты и слабого основания протекает до конца:
AI₂S₃ + 6H-OH =2AI(OH)₃↓ + 3H₂S↑

4. Соль сильной кислоты и сильного основания не подвергается гидролизу, и раствор нейтрален. Например, NaCI поваренная соль просто растворяется вводе.

Как понять, какая кислота или основание сильные, а какие слабые в гидролизе?

Растворимые основания (щелочи): LiOH, Ba(OH)₂, Sr(OH)₂, KOH, NaOH, Ca(OH)₂) — сильные основания, нерастворимые основания Mg(OH)₂, Zn(OH)₂, Cu(OH)₂ например — слабые.
Сильные кислоты — H₂SO₄, HNO₃, HCl и HBr. Все остальные считаются слабыми.

Как решать уравнения гидролиза

Гидролиз - не просто присоединение воды (ведь при электролизе идет тоже присоединение воды), а взаимодействие ионов соли с водой.

Давайте разберемся какие соли вообще существуют, какие из них подвергаются гидролизу, а какие нет?

Вделяют 4 типа солей:

Соли слабых оснований и сильных кислот

Соли слабых кислот и сильных оснований

Соли слабых кислот и слабых оснований

Соли сильных кислот и сильных оснований

1. Соли слабых оснований и сильных кислот.

Что это вообще такое? И так ничего непонятно, а тут еще и какие - то сильные, да слабые взялись, что это вообще такое? Объясняю:

Соли слабых оснований - это такие соли, катионы которых - металлы нерастворимых гидроксидов - это соли, у которых на месте катиона - катионы  $$ Zn^{2+}, Al^{3+}, NH_4^+, Cr^{3+}, Fe^{2+}, Fe^{3+}, Ni^{2+}, Cu^{2+} $$

а анионы таких солей - это кислотные остатки сильных кислот - серной, азотной, хлороводородной и т.п.

Примеры таких солей (солей слабых оснований сильных кислот):  $$ Zn(NO_3)_2, CuCl_2, ZnCl_2 $$

Разберем реакцию гидролиза на примере хлорида цинка. В таких солях гидролиз будет идти по катиону, т.е. взаимодействию с водой подвергнется катион металла, с образованием кислой среды:

Гидролиз пойдет в две ступени.

1 ступень: c \(Zn^{2+} + H^+OH^- = ZnOH^+ + H^+ \) - тут по законам физики, к  пойдет минус.

гидролиз 1 ступени в молекулярном виде: \(ZnCl_2 + H_2O = Zn(OH)Cl + HCl\)

Вторая ступень (образование нерастворимого основания и сильной кислоты): \(ZnOH^+ + H^+OH^- = Zn(OH)2 + H^+\) в молекулярном виде:
$$ Zn(OH)Cl + H_2O = Zn(OH)_2 + HCl $$

Образуется сильная кислота и слабое основание.

Теперь о солях сильных оснований и слабых кислот: это такие соли, у которых катион взят от щелочи - растворимого основания, а анион от слабой кислоты. Слабые кислоты - это все кислоты, в которых в кислотных остатках есть неметалл в промежуточной степени окисления - т.е. азотистая, угольная, фосфорная, сернистая сероводородная. Пример гидролиза такой соли, например, карбонат натрия - \(Na_2CO_3\). В таких солях гидролиз пойдет по аниону - т.е. взаимодейтсвию с водой подвергнется анион.

1 ступень:

$$ CO_3^{2-} + H^+OH^- = HCO_3^- + OH^- $$

HCO₃ - это гидрокарбонат - анион.

в молекулярном виде:

$$ Na_2CO_3 + H_2O = NaHCO_3 + NaOH $$

- как видим, среда щелочная.

2 ступень (образование слабой кислоты и щелочи):

$$ HCO_3^- + H^+OH^- = H_2CO_3 + OH^- $$

в молекулярном виде:

$$ NaHCO_3 + H_2O = H_2CO_3 + NaOH $$

Видим, что образовалась та самая слабая кислота и сильное основание.

Теперь, о солях слабых кислот и слабых оснований. Имеем соль, у которой катион от слабого (нерастворимого) основания и слабой кислоты. В таких солях гидролиз ВСЕГДА идет до конца. Например:

\((NH_4)_2CO_3 \) - чем не соль слабого основания и слабой кислоты? Тут даже ступеней нет, сразу идет гидролиз:

$$ (NH_4)_2CO_3 + H_2O = 2NH_3 + H_2O + CO_2 $$

Среда в таких растворах - нейтральная!

И, наконец, соли сильных кислот и сильных оснований. Соли сильных кислот и сильных оснований - это такие соли, в которых катион взят от щелочи и анион от хорошей (сильной) кислоты. Гидролиз в таких солях НЕ ИДЕТ!, среда - нейтральная.

В чем сходство гидролиза и электролиза?

Гидролиз - это реакция взаимодействия соли с водой, идет по слабой части соли.
Электролиз - разложение химического соединения под действием электрического тока, сопровождающееся разрядкой ионов. Иногда электролиз приводит к разложению воды.
Вот молекулярное уравнение гидролиза: Na₂CO₃ + HOH = NaHCO₃ + NaOH
А это электролиз хлорида меди: CuCl₂ = Cu + Cl₂

Каково значение гидролиза солей для биосферы?

Гидролиз играет важную роль в пищеварении и тканевом обмена веществ всех живых организмов. Высокомолекулярные вещества, гидролизуясь до низкомолекулярных продуктов (аминокислоты, глюкозы и пр.), всасываются из кишечника, переносятся в различные ткани, где подлежат дальнейшему преобразованию.

Наибольшее практическое значение имеют: гидролиз солей, при котором соли обратимо распадаются на соответствующую кислоту и основу; гидролиз (белков, полисахаридов и других), в присутствии биологического катализатора.
Гидролиз жиров и других веществ, являющихся по своей природе эфирами, обычно в щелочной среде.

Гидролиз солей обеспечивает регуляцию кислотной среды и поддержание в организме кислотно-щелочного равновесия. Гидролиз биологически тяжелых веществ (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, жиры, фосфорные эфиры) может проходить только в присутствии специфических биологических катализаторов – ферментов, или при нагревании с кислотами и щелочами (не специфически катализирующий гидролиз).

Гидролиз в промышленности

Реакции гидролиза широко используются в промышленности и в лабораторной практике для получения аминокислот, простых сахаров, и ряда других продуктов из природных высокомолекулярных полимеров (белков, клетчатки). Определение "гидролиз солей" охватывает и гидролиз органических соединений – сложных эфиров, жиров, углеводов, белков и гидролиз неорганических веществ – солей, карбидов, галогенов, галогенидов, неметаллов т.д.

Например, широкое применение находят соли аммиака. Аммиак выступает в качестве сырья для получении азотной кислоты и ее солей, а также солей аммония, которые служат хорошими нитратными удобрениями. Это сульфат аммония (NH₄) SO₄ и особенно нитрат аммония NH4 NО3, или аммиачная селитра.
Карбонат аммония применяется в кондитерской промышленности как разрыхлитель теста. Например: $$ СН_3СОООС_2Н_5 + Н_2О СН_3СОООН + С_2Н_5ОН; СаС_2 + 2 Н_2О Са(ОН)_2 + С_2Н_5 $$

В больших количествах производят гидролиз древесины. Растущая высокими темпами гидролизная промышленность производит из непищевого сырья (древесины, хлопкового и подсолнечной лузги, соломы, кукурузных початков много ценных продуктов: этиловый спирт, белковые дрожжи, глюкозу, твердый диоксид углерода, фурфурол, скипидар, метиловый спирт, лигнин и многое другое. В результате гидролиза минералов – алюмосиликатов – происходит разрушение горных пород.

Гидролиз солей (например, Na₂CO₃, Na2РO₄) используют для очистки воды и уменьшения ее твердости. Например мыла добывают при омылении жиров щелочами глицерина стеариновой кислоты. Отсюда реакция, обратная этерификация, получит название реакция омыления. Исходным сырьем для получения мыла есть масла (подсолнечное, хлопковое), животные жиры, а также гидроксид натрия, масла сначала подвергают гидрогенизации. Производство мыла достигло очень больших размеров. Обычные мыла состоят из смеси солей пальмитиновой, стеариновой, олеиновои кислоты, причем натриевые соли образуются твердые мыла, калиевые соли – жидкие.

Поглощается или выделяется тепло при гидролизе?

Гидролиз - реакция, обратная реакции нейтрализации. Реакции нейтрализации, как известно, являются экзотермическими (например, NaOH + HCl = NaCl + H₂O + 57 кДж/моль). Соответственно, гидролиз - эндотермическая реакция (тепло поглощается).