یک محیط قلیایی در محلول نمک وجود دارد. TS (دستورالعمل های ارزشمند)

هیدرولیز نمک ها محیط محلول آبی: اسیدی، خنثی، قلیایی

بر اساس تئوری تفکیک الکترولیتی، در یک محلول آبی، ذرات املاح با مولکول های آب برهم کنش می کنند. چنین تعاملی می تواند منجر به واکنش هیدرولیز شود (از یونانی. آبی- اب، لیز- پوسیدگی، تجزیه).

هیدرولیز واکنش تجزیه متابولیکی یک ماده با آب است.

مواد مختلفی تحت هیدرولیز قرار می گیرند: غیر آلی - نمک ها، کاربیدها و هیدریدهای فلزی، هالیدهای غیر فلزی. آلی - هالوآلکان ها، استرها و چربی ها، کربوهیدرات ها، پروتئین ها، پلی نوکلئوتیدها.

محلول های آبی نمک دارای مقادیر مختلف pH و انواع مختلف محیط هستند - اسیدی ($pH 7$)، خنثی ($pH = 7$). این با این واقعیت توضیح داده می شود که نمک های موجود در محلول های آبی می توانند تحت هیدرولیز قرار گیرند.

ماهیت هیدرولیز به تعامل شیمیایی تبادل کاتیون ها یا آنیون های نمک با مولکول های آب می رسد. در نتیجه این فعل و انفعال، یک ترکیب کمی تجزیه کننده (الکترولیت ضعیف) تشکیل می شود. و در محلول نمک آبی، مقدار اضافی یون آزاد $H^(+)$ یا $OH^(-)$ ظاهر می شود و محلول نمک به ترتیب اسیدی یا قلیایی می شود.

طبقه بندی نمک ها

هر نمکی را می توان محصول واکنش یک باز با اسید در نظر گرفت. به عنوان مثال، نمک $KClO$ توسط باز قوی $KOH$ و اسید ضعیف $HClO$ تشکیل شده است.

بسته به قدرت باز و اسید، چهار نوع نمک را می توان تشخیص داد.

بیایید رفتار انواع نمک ها را در محلول در نظر بگیریم.

1. نمک هایی که از یک باز قوی و یک اسید ضعیف تشکیل می شوند.

به عنوان مثال، سیانید پتاسیم نمک $KCN$ توسط باز قوی $KOH$ و اسید ضعیف $HCN$ تشکیل می شود:

$(KOH)↙(\text"باز تک اسید قوی")←KCN→(HCN)↙(\text"مونواسید ضعیف")$

1) تفکیک برگشت پذیر جزئی مولکول های آب (یک الکترولیت آمفوتریک بسیار ضعیف)، که می تواند با این معادله ساده شود.

$H_2O(⇄)↖(←)H^(+)+OH^(-);$

$KCN=K^(+)+CN^(-)$

یونهای $Н^(+)$ و $CN^(-)$ تشکیل شده در طی این فرآیندها با یکدیگر برهمکنش می کنند و به مولکول های یک الکترولیت ضعیف - اسید هیدروسیانیک $HCN$ متصل می شوند، در حالی که هیدروکسید - $ОН^(-) یون $ در محلول باقی می ماند و در نتیجه محیط قلیایی آن را تعیین می کند. هیدرولیز در آنیون $CN^(-)$ رخ می دهد.

اجازه دهید معادله یونی کامل فرآیند در حال انجام (هیدرولیز) را بنویسیم:

$K^(+)+CN^(-)+H_2O(⇄)↖(←)HCN+K^(+)+OH^(-).$

این فرآیند برگشت پذیر است و تعادل شیمیایی به سمت چپ (به سمت تشکیل مواد اولیه) منتقل می شود، زیرا آب الکترولیت بسیار ضعیف تری نسبت به اسید هیدروسیانیک $HCN$ است.

$CN^(-)+H_2O⇄HCN+OH^(-).$

معادله نشان می دهد که:

الف) یونهای هیدروکسید آزاد $OH^(-)$ در محلول وجود دارد و غلظت آنها بیشتر از آب خالص است، بنابراین محلول نمک $KCN$ دارای محیط قلیایی($pH > 7$)؛

ب) یون های $CN^(-)$ در واکنش با آب شرکت می کنند، در این مورد می گویند که هیدرولیز آنیون. نمونه های دیگری از آنیون هایی که با آب واکنش می دهند:

بیایید هیدرولیز کربنات سدیم $Na_2CO_3$ را در نظر بگیریم.

$(NaOH)↙(\text"باز تک اسید قوی")←Na_2CO_3→(H_2CO_3)↙(\text"اسید دوبازیک ضعیف")$

هیدرولیز نمک در آنیون $CO_3^(2-)$ رخ می دهد.

$2Na^(+)+CO_3^(2-)+H_2O(⇄)↖(←)HCO_3^(-)+2Na^(+)+OH^(-).$

$CO_2^(2-)+H_2O⇄HCO_3^(-)+OH^(-).$

محصولات هیدرولیز - نمک اسیدی$NaHCO_3$ و هیدروکسید سدیم $NaOH$.

محیط محلول آبی کربنات سدیم قلیایی است ($pH > 7$)، زیرا غلظت یونهای $OH^(-)$ در محلول افزایش می یابد. نمک اسیدی $NaHCO_3$ نیز می تواند تحت هیدرولیز قرار گیرد که به میزان بسیار کمی اتفاق می افتد و می توان از آن غفلت کرد.

برای خلاصه کردن آنچه در مورد هیدرولیز آنیون آموخته اید:

الف) طبق آنیون، نمک ها به طور معمول به صورت برگشت پذیر هیدرولیز می شوند.

ب) تعادل شیمیایی در چنین واکنش هایی به شدت به سمت چپ منتقل می شود.

ج) واکنش محیط در محلولهای نمکهای مشابه قلیایی است ($pH > 7$).

د) هیدرولیز نمک های تشکیل شده توسط اسیدهای پلی بازیک ضعیف باعث تولید نمک های اسیدی می شود.

2. نمک هایی که توسط یک اسید قوی و یک باز ضعیف تشکیل می شوند.

بیایید هیدرولیز کلرید آمونیوم $NH_4Cl$ را در نظر بگیریم.

$(NH_3·H_2O)↙(\text"پایه تک اسیدی ضعیف")←NH_4Cl→(HCl)↙(\text"مونواسید قوی")$

در یک محلول نمک آبی، دو فرآیند رخ می دهد:

1) تفکیک برگشت پذیر جزئی مولکول های آب (یک الکترولیت آمفوتریک بسیار ضعیف)، که می تواند با معادله ساده شود:

$H_2O(⇄)↖(←)H^(+)+OH^(-)$

2) تفکیک کامل نمک (الکترولیت قوی):

$NH_4Cl=NH_4^(+)+Cl^(-)$

یونهای اسیدی ترین محیط

معادله یونی کامل هیدرولیز به صورت زیر است:

$NH_4^(+)+Cl^(-)+H_2O(⇄)↖(←)H^(+)+Cl^(-)NH_3·H_2O$

این فرآیند برگشت پذیر است، تعادل شیمیایی به سمت تشکیل مواد اولیه تغییر می کند، زیرا آب $Н_2О$ الکترولیت بسیار ضعیف تری نسبت به هیدرات آمونیاک است $NH_3·H_2O$.

معادله یونی مختصر برای هیدرولیز:

$NH_4^(+)+H_2O⇄H^(+)+NH_3·H_2O.$

معادله نشان می دهد که:

الف) یون های هیدروژن آزاد $H^(+)$ در محلول وجود دارد و غلظت آنها بیشتر از آب خالص است، بنابراین محلول نمک دارای محیط اسیدی($pH

ب) کاتیون های آمونیوم $NH_4^(+)$ در واکنش با آب شرکت می کنند. در این مورد می گویند که در حال آمدن است هیدرولیز توسط کاتیون

کاتیون های چند باردار نیز می توانند در واکنش با آب شرکت کنند: دو بار شارژ شده$М^(2+)$ (به عنوان مثال، $Ni^(2+)، Cu^(2+)، Zn^(2+)…$)، به جز کاتیون های فلز قلیایی خاکی، سه شارژر$M^(3+)$ (به عنوان مثال، $Fe^(3+)، Al^(3+)، Cr^(3+)…$).

اجازه دهید هیدرولیز نیترات نیکل $Ni(NO_3)_2$ را در نظر بگیریم.

$(Ni(OH)_2)↙(\text"پایه دی اسید ضعیف")←Ni(NO_3)_2→(HNO_3)↙(\text"اسید مونبازیک قوی")$

هیدرولیز نمک در کاتیون $Ni^(2+)$ اتفاق می افتد.

معادله یونی کامل هیدرولیز به صورت زیر است:

$Ni^(2+)+2NO_3^(-)+H_2O(⇄)↖(←)NiOH^(+)+2NO_3^(-)+H^(+)$

معادله یونی مختصر برای هیدرولیز:

$Ni^(2+)+H_2O⇄NiOH^(+)+H^(+).$

محصولات هیدرولیز - نمک پایه$NiOHNO_3$ و اسید نیتریک $HNO_3$.

محیط محلول آبی نیترات نیکل اسیدی است ($рН

هیدرولیز نمک $NiOHNO_3$ به میزان بسیار کمتری اتفاق می افتد و می توان نادیده گرفت.

برای خلاصه کردن آنچه در مورد هیدرولیز کاتیونی آموخته اید:

الف) طبق کاتیون، نمک ها به طور معمول به صورت برگشت پذیر هیدرولیز می شوند.

ب) تعادل شیمیایی واکنش ها به شدت به سمت چپ منتقل شده است.

ج) واکنش محیط در محلول چنین نمکهایی اسیدی است ($pH

د) هیدرولیز نمک های تشکیل شده توسط بازهای پلی اسیدی ضعیف باعث تولید نمک های اساسی می شود.

3. نمک هایی که از یک باز ضعیف و یک اسید ضعیف تشکیل می شوند.

بدیهی است که از قبل برای شما واضح است که چنین نمک هایی تحت هیدرولیز کاتیون و آنیون قرار می گیرند.

یک کاتیون باز ضعیف یون های $OH^(-)$ را از مولکول های آب متصل می کند و تشکیل می شود پایه ضعیف; آنیون یک اسید ضعیف یون های $H^(+)$ را از مولکول های آب متصل می کند و تشکیل می شود اسید ضعیف. واکنش محلول های این نمک ها می تواند خنثی، ضعیف اسیدی یا کمی قلیایی باشد. این بستگی به ثابت های تفکیک دو الکترولیت ضعیف - اسید و باز دارد که در نتیجه هیدرولیز تشکیل می شوند.

برای مثال، هیدرولیز دو نمک را در نظر بگیرید: استات آمونیوم $NH_4(CH_3COO)$ و فرمت آمونیوم $NH_4(HCOO)$:

1) $(NH_3·H_2O)↙(\text"پایه تک اسیدی ضعیف")←NH_4(CH_3COO)→(CH_3COOH)↙(\text"اسید مونوبازیک قوی");$

2) $(NH_3·H_2O)↙(\text"پایه تک اسیدی ضعیف")←NH_4(HCOO)→(HCOOH)↙(\متن"اسید مونوبازیک ضعیف").$

در محلول های آبی این نمک ها، کاتیون های باز ضعیف $NH_4^(+)$ با یون های هیدروکسی $OH^(-)$ برهم کنش می کنند (به یاد بیاورید که آب $H_2O⇄H^(+)+OH^(-)$ را تجزیه می کند. و آنیون‌های اسیدهای ضعیف $CH_3COO^(-)$ و $HCOO^(-)$ با کاتیون‌های $Н^(+)$ برهمکنش می‌کنند تا مولکول‌های اسیدهای ضعیف - استیک $CH_3COOH$ و $HCOOH$ فرمیک را تشکیل دهند.

اجازه دهید معادلات یونی هیدرولیز را بنویسیم:

1) $CH_3COO^(-)+NH_4^(+)+H_2O⇄CH_3COOH+NH_3·H_2O;$

2) $HCOO^(-)+NH_4^(+)+H_2O⇄NH_3·H_2O+HCOOH.$

در این موارد، هیدرولیز نیز برگشت پذیر است، اما تعادل به سمت تشکیل محصولات هیدرولیز - دو الکترولیت ضعیف تغییر می کند.

در حالت اول، محیط محلول خنثی است ($pH = 7$)، زیرا $K_D(CH_3COOH)=K+D(NH_3·H_2O)=1.8·10^(-5)$. در حالت دوم، محیط محلول ضعیف اسیدی است ($pH

همانطور که قبلاً متوجه شده اید، هیدرولیز اکثر نمک ها یک فرآیند برگشت پذیر است. در حالت تعادل شیمیایی، تنها بخشی از نمک هیدرولیز می شود. با این حال، برخی از نمک ها به طور کامل توسط آب تجزیه می شوند، یعنی. هیدرولیز آنها یک فرآیند برگشت ناپذیر است.

در جدول "حلالیت اسیدها، بازها و نمک ها در آب" یک یادداشت خواهید یافت: "آنها در یک محیط آبی تجزیه می شوند" - این بدان معنی است که چنین نمک هایی تحت هیدرولیز برگشت ناپذیر قرار می گیرند. به عنوان مثال، سولفید آلومینیوم $Al_2S_3$ در آب تحت هیدرولیز برگشت ناپذیر قرار می گیرد، زیرا یون های $H^(+)$ که در طول هیدرولیز کاتیون ظاهر می شوند توسط یون های $OH^(-)$ تشکیل شده در طول هیدرولیز آنیون محدود می شوند. این امر هیدرولیز را افزایش می دهد و منجر به تشکیل هیدروکسید آلومینیوم نامحلول و گاز سولفید هیدروژن می شود:

$Al_2S_3+6H_2O=2Al(OH)_3↓+3H_2S$

بنابراین، سولفید آلومینیوم $Al_2S_3$ را نمی توان با واکنش تبادلی بین محلول های آبی دو نمک، به عنوان مثال، کلرید آلومینیوم $AlCl_3$ و سولفید سدیم $Na_2S$ به دست آورد.

موارد دیگری از هیدرولیز برگشت ناپذیر نیز امکان پذیر است؛ پیش بینی آنها دشوار نیست، زیرا برای غیرقابل برگشت بودن فرآیند، لازم است حداقل یکی از محصولات هیدرولیز از کره واکنش خارج شود.

برای خلاصه کردن آنچه در مورد هیدرولیز کاتیونی و آنیونی آموخته اید:

الف) اگر نمک ها هم در کاتیون و هم در آنیون به صورت برگشت پذیر هیدرولیز شوند، تعادل شیمیایی در واکنش های هیدرولیز به سمت راست منتقل می شود.

ب) واکنش محیط یا خنثی یا ضعیف اسیدی یا ضعیف قلیایی است که به نسبت ثابت های تفکیک باز و اسید حاصل بستگی دارد.

ج) اگر حداقل یکی از محصولات هیدرولیز از کره واکنش خارج شود، نمک ها می توانند هم کاتیون و هم آنیون را به طور برگشت ناپذیر هیدرولیز کنند.

4. نمک های تشکیل شده توسط یک باز قوی و یک اسید قوی تحت هیدرولیز قرار نمی گیرند.

معلومه که خودت به این نتیجه رسیدی

اجازه دهید رفتار کلرید پتاسیم $KCl$ را در یک محلول در نظر بگیریم.

$(KOH)↙(\text"باز تک اسیدی قوی")←KCl→(HCl)↙(\text"مونو اسید قوی").$

نمک در یک محلول آبی به یون ها تجزیه می شود ($KCl=K^(+)+Cl^(-)$)، اما هنگام تعامل با آب، یک الکترولیت ضعیف نمی تواند تشکیل شود. محیط محلول خنثی است ($pH=7$)، زیرا غلظت یون های $H^(+)$ و $OH^(-)$ در محلول مانند آب خالص برابر است.

نمونه های دیگر از این نمک ها عبارتند از هالیدهای فلزات قلیایی، نیترات ها، پرکلرات ها، سولفات ها، کرومات ها و دی کرومات ها، هالیدهای فلزات قلیایی خاکی (به غیر از فلوراید)، نیترات ها و پرکلرات ها.

همچنین باید توجه داشت که واکنش هیدرولیز برگشت پذیر کاملاً از اصل Le Chatelier پیروی می کند. از همین رو هیدرولیز نمک را می توان افزایش داد(و حتی آن را غیرقابل برگشت کنید) به روش های زیر:

الف) اضافه کردن آب (کاهش غلظت).

ب) محلول را گرم کنید که باعث افزایش تفکیک گرماگیر آب می شود:

$H_2O⇄H^(+)+OH^(-)-57$ کیلوژول،

به این معنی که مقدار $H^(+)$ و $OH^(-)$ که برای هیدرولیز نمک ضروری هستند افزایش می یابد.

ج) یکی از محصولات هیدرولیز را به یک ترکیب کم محلول متصل کرده یا یکی از محصولات را در فاز گاز خارج کنید. به عنوان مثال، هیدرولیز سیانید آمونیوم $NH_4CN$ به طور قابل توجهی به دلیل تجزیه هیدرات آمونیاک برای تشکیل آمونیاک $NH_3$ و آب $H_2O$ افزایش می یابد:

$NH_4^(+)+CN^(-)+H_2O⇄NH_3·H_2O+HCN.$

$NH_3()↖(⇄)H_2$

هیدرولیز نمک ها

افسانه:

هیدرولیز را می توان با انجام کارهای زیر سرکوب کرد (به طور قابل توجهی مقدار نمک هیدرولیز شده را کاهش داد):

الف) غلظت ماده محلول را افزایش دهید.

ب) محلول را خنک کنید (برای کاهش هیدرولیز، محلول های نمکی باید غلیظ و در دمای پایین نگهداری شوند).

ج) یکی از محصولات هیدرولیز را وارد محلول کنید. به عنوان مثال، اگر محلول در نتیجه هیدرولیز اسیدی است، اسیدی کنید یا اگر قلیایی است، قلیایی کنید.

معنی هیدرولیز

هیدرولیز نمک ها اهمیت عملی و بیولوژیکی دارد. حتی در زمان های قدیم از خاکستر به عنوان شوینده استفاده می شد. خاکستر حاوی کربنات پتاسیم $K_2CO_3$ است که به آنیون در آب هیدرولیز می شود؛ محلول آبی به دلیل یون های $OH^(-)$ تشکیل شده در طول هیدرولیز، صابونی می شود.

در حال حاضر، در زندگی روزمره ما از صابون، پودرهای لباسشویی و سایر مواد شوینده استفاده می کنیم. جزء اصلی صابون نمک های سدیم و پتاسیم اسیدهای کربوکسیلیک چرب بالاتر است: استئارات ها، پالمیتات ها که هیدرولیز می شوند.

هیدرولیز استئارات سدیم $C_(17)H_(35)COONa$ با معادله یونی زیر بیان می شود:

$C_(17)H_(35)COO^(-)+H_2O⇄C_(17)H_(35)COOH+OH^(-)$،

آن ها محلول دارای محیط کمی قلیایی است.

نمک های اسیدهای معدنی (فسفات ها، کربنات ها) به طور ویژه به ترکیب پودرهای لباسشویی و سایر مواد شوینده اضافه می شوند که با افزایش pH محیط، اثر پاک کنندگی را افزایش می دهند.

نمک هایی که محیط قلیایی لازم محلول را ایجاد می کنند در توسعه دهنده عکاسی موجود است. اینها کربنات سدیم $Na_2CO_3$، کربنات پتاسیم $K_2CO_3$، بوراکس $Na_2B_4O_7$ و سایر نمک هایی هستند که در آنیون هیدرولیز می شوند.

اگر اسیدیته خاک کافی نباشد، گیاهان دچار بیماری به نام کلروز می شوند. علائم آن زرد شدن یا سفید شدن برگها، تاخیر در رشد و نمو است. اگر $pH_(خاک)> 7.5$ باشد، کود سولفات آمونیوم $(NH_4)_2SO_4$ به آن اضافه می شود که به افزایش اسیدیته به دلیل هیدرولیز کاتیون در خاک کمک می کند:

$NH_4^(+)+H_2O⇄NH_3·H_2O$

نقش بیولوژیکی هیدرولیز نمک های خاصی که بدن ما را تشکیل می دهند بسیار ارزشمند است. به عنوان مثال، خون حاوی بی کربنات سدیم و نمک هیدروژن فسفات سدیم است. نقش آنها حفظ واکنش خاصی از محیط است. این به دلیل تغییر در تعادل فرآیندهای هیدرولیز رخ می دهد:

$HCO_3^(-)+H_2O⇄H_2CO_3+OH^(-)$

$HPO_4^(2-)+H_2O⇄H_2PO_4^(-)+OH^(-)$

اگر بیش از یون های $H^(+)$ در خون وجود داشته باشد، آنها به یون های هیدروکسید $OH^(-)$ متصل می شوند و تعادل به سمت راست تغییر می کند. با بیش از حد یون های هیدروکسید $OH^(-)$، تعادل به سمت چپ تغییر می کند. به همین دلیل اسیدیته خون یک فرد سالم کمی در نوسان است.

مثال دیگر: بزاق انسان حاوی یونهای $HPO_4^(2-)$ است. به لطف آنها، محیط خاصی در حفره دهان حفظ می شود ($pH=7-7.5$).

نمک ها - اینها ترکیبات یونی هستند، وقتی وارد آب می شوند به یون تجزیه می شوند. در یک محلول آبی، این یون ها هیدراته می شوند - توسط مولکول های آب احاطه شده اند.

مشخص شد که محلول های آبی بسیاری از نمک ها محیط خنثی ندارند، اما کمی اسیدی یا قلیایی هستند.

توضیح این موضوع برهمکنش یون نمک با آب است. این فرآیند نامیده می شود هیدرولیز.

کاتیون ها و آنیون ها تشکیل شدند یک باز ضعیف یا اسید ضعیف، با آب واکنش داده و H یا OH را از آن جدا می کند.

دلیل این امر: تشکیل پیوند قوی تر از خود آب.

در رابطه با آب، نمک ها را می توان به 4 گروه تقسیم کرد:

1) نمکی که از یک باز قوی و یک اسید قوی تشکیل شده است - هیدرولیز نمی کند ، فقط در محلول به یون ها تجزیه می شود.محیط خنثی است.

مثال:نمک ها هیدرولیز نمی شوند - NaCl، KNO3، RbBr، Cs2SO4، KClO3، و غیره. در محلول، این نمک ها فقط

جدا کردن:

Cs2SO4 à 2 Cs++SO42-

2) نمکی که از یک باز قوی و یک اسید ضعیف تشکیل می شود

- هیدرولیز توسط آنیون . آنیون یک اسید ضعیف یون های هیدروژن را از آب جدا می کند و آنها را به هم متصل می کند. یون های اضافی در محلول تشکیل می شود OH یک محیط قلیایی است.

مثال:نمک ها در آنیون هیدرولیز می شوند - Na2S، KF، K3PO4، Na2CO3، Cs2SO3، KCN، KClO و نمک های اسیدی این اسیدها.

ک3 P.O. 4 – نمکی که از یک اسید ضعیف و یک باز قوی تشکیل می شود. آنیون فسفات هیدرولیز می شود.

P.O.4 3- + نه⇄ NPO42-+OH-

ک3 P.O.4 + H2O⇄ K2NPO4 + KON

(این اولین مرحله هیدرولیز است، 2 مورد باقی مانده به میزان بسیار کمی رخ می دهد)

3) نمک،توسط یک باز ضعیف و یک اسید قوی تشکیل شده است - هیدرولیز توسط کاتیون . یک کاتیون از یک باز ضعیف یون OH- را از آب جدا کرده و به آن متصل می کند. یون های اضافی در محلول باقی می مانند H+ - محیط اسیدی است.

مثال:نمک ها توسط کاتیون هیدرولیز می شوند - CuCl2، NH4Cl، Al(NO3)3، Cr2(SO4)3.

مس بنابراین4 - نمکی که از یک باز ضعیف و یک اسید قوی تشکیل شده است. کاتیون مس هیدرولیز می شود:

مس+2 + نه⇄ CuOH+ + اچ+

2 CuSO4 +2 اچ2 O ⇄ (CuOH)2 بنابراین4 + اچ2 بنابراین4

4) نمکی که از یک باز ضعیف و یک اسید ضعیف تشکیل می شود - هیدرولیز کاتیون و آنیون

اگر هر یک از محصولات به صورت رسوب یا گاز آزاد شود، هیدرولیز می شود غیر قابل برگشت ، اگر هر دو محصول هیدرولیز در محلول باقی بمانند - هیدرولیز برگشت پذیر

مثال:نمک ها هیدرولیز می شوند -

Al2S3,Cr2S3 (غیر قابل برگشت):

Al2S3 + H2Oà Al(OH)3¯ +H2S

NH4F، CH3COONH4 (برگشت پذیر)

NH4F+H2 O⇄ NH4OH + HF

هیدرولیز متقابل دو نمک.

زمانی اتفاق می‌افتد که از طریق یک واکنش تبادلی، نمک‌هایی که به طور کامل در یک محلول آبی هیدرولیز می‌شوند، به دست آید. در این مورد، هیدرولیز متقابل اتفاق می افتد - یعنی کاتیون فلزی به گروه های OH متصل می شود، و آنیون اسید به H+ متصل می شود.

1) نمک های فلزات با حالت اکسیداسیون +3 و نمک های اسیدهای فرار (کربنات ها، سولفیدها، سولفیت ها)- در جریان هیدرولیز متقابل آنها، یک رسوب هیدروکسید و گاز تشکیل می شود:

2AlCl3 + 3K2S + 6H2O à 2Al(OH)3¯ + 3H2S + 6KCl

(Fe3+، Cr3+) (SO32-، CO32-) (SO2، CO2)

2) نمک های فلزات با حالت اکسیداسیون 2+ (به جز کلسیم، استرانسیوم و باریم) و کربنات های محلول.همچنین با هم هیدرولیز می شوند، اما در این حالت رسوبی از کربنات فلز BASIC تشکیل می شود:

2 CuCl2 + 2Na2CO3 + H2O à (CuOH)2CO3 + CO2 + 4 NaCl

(همه 2+، به جز Ca، Sr، Ba)

ویژگی های فرآیند هیدرولیز:

1) فرآیند هیدرولیز است برگشت پذیر، تا پایان پیش نمی رود، بلکه فقط تا لحظه تعادل پیش می رود.

2) فرآیند هیدرولیز معکوس واکنش خنثی سازی است، بنابراین، هیدرولیز گرماگیرفرآیند (با جذب گرما ادامه می یابد).

KF + H2O ⇄ HF + KOH – Q

چه عواملی باعث افزایش هیدرولیز می شود؟

1. گرمایش -با افزایش دما، تعادل به سمت واکنش ENDOTHERMIC تغییر می کند - هیدرولیز افزایش می یابد.

2. اضافه کردن آب- از آنجایی که آب ماده اولیه در واکنش هیدرولیز است، رقیق کردن محلول باعث افزایش هیدرولیز می شود.

چگونه فرآیند هیدرولیز را سرکوب (تضعیف) کنیم؟

اغلب برای جلوگیری از هیدرولیز ضروری است. برای این:

1. محلول ساخته شده است تا حد امکان متمرکز (کاهش مقدار آب)؛

2. برای تغییر تعادل به سمت چپ یکی از محصولات هیدرولیز را اضافه کنید –اسید، اگر هیدرولیز در کاتیون یا قلیایی،اگر هیدرولیز در آنیون رخ دهد.

مثال: چگونه می توان هیدرولیز کلرید آلومینیوم را سرکوب کرد؟

کلرید آلومینیومAlCl3 - نمکی است که از یک باز ضعیف و یک اسید قوی تشکیل می شود - به یک کاتیون هیدرولیز می شود:

ال+3 + HOH ⇄ AlOH +2 + اچ+

محیط اسیدی است. بنابراین برای سرکوب هیدرولیز باید اسید بیشتری اضافه کرد. علاوه بر این، محلول باید تا حد امکان غلیظ ساخته شود.

هیدرولیز برهمکنش مواد با آب است که در نتیجه محیط محلول تغییر می کند.

کاتیون‌ها و آنیون‌های الکترولیت‌های ضعیف قادر به برهمکنش با آب برای تشکیل ترکیبات یا یون‌های پایدار و کمی قابل تفکیک هستند که در نتیجه محیط محلول تغییر می‌کند. فرمول آب در معادلات هیدرولیز معمولاً به صورت H‑OH نوشته می شود. هنگام واکنش با آب، کاتیون های بازهای ضعیف، یون های هیدروکسیل را از آب حذف می کنند و H + اضافی در محلول تشکیل می شود. محیط محلول اسیدی می شود. آنیون های اسیدهای ضعیف H + را از آب جذب می کنند و واکنش محیط قلیایی می شود.

در شیمی معدنی، اغلب باید با هیدرولیز نمک ها سر و کار داشت، به عنوان مثال. با برهمکنش تبادلی یون های نمک با مولکول های آب در فرآیند انحلال آنها. 4 گزینه برای هیدرولیز وجود دارد.

1. نمک از یک باز قوی و یک اسید قوی تشکیل می شود.

این نمک عملاً تحت هیدرولیز قرار نمی گیرد. در این حالت، تعادل تفکیک آب در حضور یون‌های نمک تقریباً مختل نمی‌شود، بنابراین pH = 7، محیط خنثی است.

Na + + H 2 O Cl- + H 2 O

2. اگر نمک از یک کاتیون یک باز قوی و یک آنیون یک اسید ضعیف تشکیل شود، در آنیون هیدرولیز اتفاق می افتد.

Na 2 CO 3 + HOH $\ فلش راست چپ$ NaHCO 3 + NaOH

از آنجایی که یون های OH - در محلول تجمع می یابند، محیط قلیایی است، pH> 7.

3. اگر نمکی از یک کاتیون یک باز ضعیف و یک آنیون یک اسید قوی تشکیل شود، در طول کاتیون هیدرولیز اتفاق می افتد.

Cu 2+ + HOH $\فلش راست چپ$ CuOH + + H +

СuCl 2 + HOH $\ فلش راست چپ$ CuOHCl + HCl

از آنجایی که یون های H + در محلول تجمع می یابند، محیط اسیدی، pH است<7.

4. نمکی که توسط یک کاتیون از یک باز ضعیف و یک آنیون یک اسید ضعیف تشکیل شده است، هم کاتیون و هم آنیون هیدرولیز می شود.

CH 3 COONH 4 + HOH $\ فلش راست چپ$ NH 4 OH + CH 3 COOH

CH 3 COO ‑ + + HOH $\پیکان راست چپ$ NH 4 OH + CH 3 COOH

محلول های چنین نمک هایی دارای محیط کمی اسیدی یا کمی قلیایی هستند، به عنوان مثال. مقدار pH نزدیک به 7 است. واکنش محیط به نسبت ثابت های تفکیک اسید و باز بستگی دارد. هیدرولیز نمکهای تشکیل شده توسط اسیدها و بازهای بسیار ضعیف عملا غیر قابل برگشت است. اینها عمدتاً سولفیدها و کربناتهای آلومینیوم، کروم و آهن هستند.

Al 2 S 3 + 3HOH $\پیکان راست چپ$ 2Al(OH) 3 + 3H 2 S

هنگام تعیین محیط محلول نمک، باید در نظر داشت که محیط محلول توسط جزء قوی تعیین می شود. اگر نمک توسط اسیدی که یک الکترولیت قوی است تشکیل شود، محلول اسیدی است. اگر پایه یک الکترولیت قوی باشد، پس قلیایی است.

مثال.محلول دارای محیط قلیایی است

1) Pb(NO 3) 2; 2) Na 2 CO 3 ; 3) NaCl; 4) NaNO3

1) سرب (NO 3) 2 سرب (II) نیترات. نمک توسط یک پایه ضعیف تشکیل می شود و اسید قوی، به معنی محیط راه حل است ترش.

2) کربنات سدیم Na 2 CO 3. نمک تشکیل شد پایه قویو یک اسید ضعیف که به معنی محیط محلول است قلیایی

3) NaCl; 4) نمک های NaNO 3 توسط باز قوی NaOH و اسیدهای قوی HCl و HNO 3 تشکیل می شوند. محیط محلول خنثی است.

پاسخ صحیح 2) Na 2 CO 3

کاغذ نشانگر در محلول های نمک فرو برده شد. در محلول های NaCl و NaNO 3 تغییر رنگ نداد که به معنی محیط محلول است خنثی. در محلول، Pb(NO 3) 2 قرمز می شود، محیط محلول ترش.در یک محلول، Na 2 CO 3 آبی می شود، محیط محلول قلیایی

یاد آوردن:

واکنش خنثی سازی واکنشی بین اسید و باز است که نمک و آب تولید می کند.

شیمیدانان با آب خالص، آب خالص شیمیایی را که فاقد هرگونه ناخالصی یا نمک محلول، یعنی آب مقطر است، درک می کنند.

اسیدی بودن محیط

برای فرآیندهای مختلف شیمیایی، صنعتی و بیولوژیکی، یک ویژگی بسیار مهم اسیدیته محلول‌ها است که محتوای اسیدها یا قلیاها در محلول‌ها را مشخص می‌کند. از آنجایی که اسیدها و قلیاها الکترولیت هستند، از محتوای یون های H+ یا OH - برای مشخص کردن اسیدیته محیط استفاده می شود.

در آب خالص و در هر محلولی همراه با ذرات مواد محلول، یون های H+ و OH - نیز وجود دارد. این به دلیل تجزیه خود آب اتفاق می افتد. و اگر چه ما آب را غیرالکترولیت می‌دانیم، اما می‌توان آن را تفکیک کرد: H 2 O ^ H + + OH - . اما این فرآیند به میزان بسیار کمی اتفاق می افتد: در 1 لیتر آب تنها 1 یون به یون تجزیه می شود. 10-7 مولکول مول.

در محلول های اسیدی، در نتیجه تفکیک آنها، یون های H+ اضافی ظاهر می شوند. در چنین محلول هایی یون های H+ به طور قابل توجهی بیشتر از یون های OH - در هنگام تفکیک جزئی آب تشکیل می شوند، بنابراین این محلول ها اسیدی نامیده می شوند (شکل 11.1، سمت چپ). معمولاً گفته می شود که چنین محلول هایی دارای محیط اسیدی هستند. هر چه یون های H+ در محلول بیشتر باشد، محیط اسیدی تر است.

در محلول های قلیایی، در نتیجه تفکیک، برعکس، یون های OH - غالب هستند و کاتیون های H + به دلیل تفکیک ناچیز آب تقریباً وجود ندارند. محیط چنین محلول هایی قلیایی است (شکل 11.1، سمت راست). هر چه غلظت یون های OH - بیشتر باشد، محیط محلول قلیایی تر است.

در محلول نمک خوراکی تعداد یون های H+ و OH یکسان و برابر با 1 است. 10-7 مول در 1 لیتر محلول. چنین رسانه ای خنثی نامیده می شود (شکل 11.1، مرکز). در واقع این بدان معناست که محلول نه اسید دارد و نه قلیایی. محیط خنثی مشخصه محلول های برخی از نمک ها (که توسط اسیدهای قلیایی و قوی تشکیل می شوند) و بسیاری از مواد آلی است. آب خالص نیز محیطی خنثی دارد.

مقدار pH

اگر طعم کفیر و آب لیمو را با هم مقایسه کنیم، به جرات می توان گفت که آب لیمو بسیار اسیدی تر است، یعنی اسیدیته این محلول ها متفاوت است. قبلاً می دانید که آب خالص حاوی یون H+ نیز می باشد، اما طعم ترش آب احساس نمی شود. این به دلیل غلظت بسیار کم یون های H+ است. غالباً گفتن اینکه یک محیط اسیدی یا قلیایی است کافی نیست، بلکه باید آن را از نظر کمی مشخص کرد.

اسیدیته محیط از نظر کمی با نشانگر هیدروژن pH (تلفظ "p-ash")، مرتبط با غلظت مشخص می شود.

یون های هیدروژن مقدار pH مربوط به محتوای خاصی از کاتیون های هیدروژن در 1 لیتر محلول است. آب خالص و محلول های خنثی حاوی 1 لیتر در 1 لیتر است. 10 7 mol یون H+ و مقدار pH آن 7 است. در محلول های اسیدی غلظت کاتیون های H+ بیشتر از آب خالص و در محلول های قلیایی کمتر است. مطابق با این، مقدار pH تغییر می کند: در یک محیط اسیدی از 0 تا 7 متغیر است، و در یک محیط قلیایی از 7 تا 14 متغیر است. شیمیدان دانمارکی Peder Sørensen برای اولین بار استفاده از مقدار pH را پیشنهاد کرد.

شاید متوجه شده باشید که مقدار pH مربوط به غلظت یون های H+ است. تعیین pH ارتباط مستقیمی با محاسبه لگاریتم یک عدد دارد که در کلاس های ریاضی پایه یازدهم مطالعه خواهید کرد. اما رابطه بین محتوای یون ها در محلول و مقدار pH را می توان طبق طرح زیر ردیابی کرد:

مقدار pH محلول های آبی اکثر مواد و محلول های طبیعی در محدوده 1 تا 13 است (شکل 11.2).

برنج. 11.2. مقدار pH محلول های مختلف طبیعی و مصنوعی

سورن پدر لوریتس سورنسن

شیمیدان فیزیک و بیوشیمیدان دانمارکی، رئیس انجمن سلطنتی دانمارک. فارغ التحصیل از دانشگاه کپنهاگ. در 31 سالگی استاد انستیتوی پلی تکنیک دانمارک شد. او ریاست آزمایشگاه معتبر فیزیکوشیمیایی کارخانه آبجوسازی Carlsberg در کپنهاگ را بر عهده داشت و در آنجا اکتشافات علمی اصلی خود را انجام داد. فعالیت علمی اصلی او به تئوری محلول ها اختصاص داشت: او مفهوم مقدار pH را معرفی کرد و وابستگی فعالیت آنزیم به اسیدیته محلول ها را مطالعه کرد. سورنسن به دلیل دستاوردهای علمی خود در فهرست "100 شیمیدان برجسته قرن بیستم" قرار گرفت، اما در تاریخ علم او در درجه اول به عنوان دانشمندی باقی ماند که مفاهیم "pH" و "pH-metry" را معرفی کرد.

تعیین اسیدیته متوسط

برای تعیین اسیدیته یک محلول در آزمایشگاه ها، اغلب از یک شاخص جهانی استفاده می شود (شکل 11.3). با رنگ آن، می توانید نه تنها وجود اسید یا قلیایی، بلکه مقدار pH محلول را با دقت 0.5 تعیین کنید. برای اندازه گیری دقیق تر pH، دستگاه های خاصی وجود دارد - pH متر (شکل 11.4). آنها به شما امکان می دهند PH محلول را با دقت 0.001-0.01 تعیین کنید.

با استفاده از نشانگرها یا PH متر، می توانید چگونگی پیشرفت واکنش های شیمیایی را کنترل کنید. به عنوان مثال، اگر اسید کلرید به محلول هیدروکسید سدیم اضافه شود، واکنش خنثی سازی رخ می دهد:

برنج. 11.3. یک نشانگر جهانی مقدار PH تقریبی را تعیین می کند

برنج. 11.4. برای اندازه گیری pH محلول ها از دستگاه های خاصی استفاده می شود - pH متر: a - آزمایشگاه (ساکن)؛ ب - قابل حمل

در این حالت محلول های معرف و محصولات واکنش بی رنگ هستند. اگر یک الکترود PH متر در محلول قلیایی اولیه قرار داده شود، خنثی سازی کامل قلیایی توسط اسید را می توان با مقدار pH محلول حاصل قضاوت کرد.

کاربرد شاخص pH

تعیین اسیدیته محلول ها در بسیاری از زمینه های علم، صنعت و سایر زمینه های زندگی انسان از اهمیت عملی بالایی برخوردار است.

بوم شناسان به طور مرتب pH آب باران، رودخانه ها و دریاچه ها را اندازه گیری می کنند. افزایش شدید اسیدیته آبهای طبیعی ممکن است نتیجه آلودگی اتمسفر یا ورود زباله های صنعتی به بدنه های آبی باشد (شکل 11.5). چنین تغییراتی منجر به مرگ گیاهان، ماهی ها و سایر ساکنان بدنه های آبی می شود.

شاخص هیدروژن برای مطالعه و مشاهده فرآیندهای رخ داده در موجودات زنده بسیار مهم است، زیرا واکنش های شیمیایی متعددی در سلول ها انجام می شود. در تشخیص بالینی، pH پلاسمای خون، ادرار، شیره معده و غیره تعیین می شود (شکل 11.6). PH طبیعی خون بین 7.35 تا 7.45 است. حتی یک تغییر کوچک در pH خون انسان باعث بیماری جدی می شود و در pH = 7.1 و کمتر، تغییرات برگشت ناپذیری شروع می شود که می تواند منجر به مرگ شود.

برای اکثر گیاهان، اسیدیته خاک مهم است، بنابراین متخصصان کشاورزی از قبل تجزیه و تحلیل خاک را انجام می دهند و pH آنها را تعیین می کنند (شکل 11.7). اگر اسیدیته برای یک محصول خاص خیلی زیاد باشد، خاک با افزودن گچ یا آهک آهک می شود.

در صنایع غذایی از شاخص های اسید-باز برای کنترل کیفیت محصولات غذایی استفاده می شود (شکل 11.8). به عنوان مثال، pH طبیعی شیر 6.8 است. انحراف از این مقدار یا وجود ناخالصی های خارجی یا ترش شدن آن را نشان می دهد.

برنج. 11.5. تأثیر سطح pH آب در مخازن بر فعالیت حیاتی گیاهان در آنها

مقدار pH برای لوازم آرایشی که در زندگی روزمره استفاده می کنیم مهم است. میانگین pH برای پوست انسان 5.5 است. اگر پوست با محصولاتی که اسیدیته آنها به طور قابل توجهی با این مقدار متفاوت است تماس پیدا کند، منجر به پیری زودرس پوست، آسیب یا التهاب می شود. مشاهده شد که لباسشویی هایی که از صابون لباسشویی معمولی (pH = 8-10) یا نوشابه (Na 2 CO 3، pH = 12-13) برای مدت طولانی برای شستن استفاده می کردند، پوست دست آنها بسیار خشک و پوشیده شده بود. ترک ها بنابراین استفاده از انواع لوازم آرایشی (ژل، کرم، شامپو و ...) با PH نزدیک به pH طبیعی پوست بسیار مهم است.

آزمایشات آزمایشگاهی شماره 1-3

تجهیزات: قفسه با لوله های آزمایش، پیپت.

معرف ها: آب، اسید کلرید، محلول های NaCl، NaOH، سرکه سفره، نشانگر جهانی (محلول یا کاغذ نشانگر)، محصولات غذایی و آرایشی (به عنوان مثال، لیمو، شامپو، خمیر دندان، پودر لباسشویی، نوشابه های گازدار، آب میوه ها و غیره). .

مقررات ایمنی:

برای آزمایش، از مقادیر کم معرف استفاده کنید.

مراقب باشید که معرف ها روی پوست یا چشم شما قرار نگیرد. اگر ماده سوز آور وارد شد، آن را با آب فراوان بشویید.

تعیین یون های هیدروژن و یون های هیدروکسید در محلول ها. تعیین مقدار PH تقریبی آب، محلول های قلیایی و اسیدی

1. 1-2 میلی لیتر در پنج لوله آزمایش بریزید: در لوله آزمایش شماره 1 - آب، شماره 2 - اسید کلرید، شماره 3 - محلول کلرید سدیم، شماره 4 - محلول هیدروکسید سدیم و شماره 5 - سرکه سفره. .

2. 2-3 قطره از محلول نشانگر جهانی را به هر لوله آزمایش اضافه کنید یا کاغذ نشانگر را پایین بیاورید. pH محلول ها را با مقایسه رنگ نشانگر در مقیاس استاندارد تعیین کنید. در مورد وجود کاتیون های هیدروژن یا یون های هیدروکسید در هر لوله آزمایش نتیجه گیری کنید. معادلات تفکیک این ترکیبات را بنویسید.

بررسی PH محصولات غذایی و آرایشی

نمونه های محصولات غذایی و آرایشی را با نشانگر جهانی تست کنید. برای مطالعه مواد خشک، به عنوان مثال، پودر لباسشویی، آنها باید در مقدار کمی آب حل شوند (1 کاردک ماده خشک در هر 0.5-1 میلی لیتر آب). PH محلول ها را تعیین کنید. در مورد اسیدیته محیط در هر یک از محصولات مورد مطالعه نتیجه گیری کنید.

ایده کلیدی

کنترل سوالات

130- وجود چه یون هایی در محلول، اسیدیته آن را مشخص می کند؟

131- چه یون هایی در محلول های اسیدی بیش از حد یافت می شوند؟ در قلیایی؟

132. اسیدیته محلول ها را چه شاخصی به صورت کمی توصیف می کند؟

133. مقدار pH و محتوای یون های H+ در محلول ها چقدر است: الف) خنثی; ب) اسیدی ضعیف؛ ج) کمی قلیایی؛ د) به شدت اسیدی؛ د) بسیار قلیایی؟

تکالیف برای تسلط بر مطالب

134. محلول آبی یک ماده معین دارای محیط قلیایی است. کدام یون در این محلول بیشتر وجود دارد: H+ یا OH -؟

135. دو لوله آزمایش حاوی محلول های اسید نیترات و نیترات پتاسیم است. برای تعیین اینکه کدام لوله آزمایش حاوی محلول نمک است، از چه شاخص هایی می توان استفاده کرد؟

136. سه لوله آزمایش حاوی محلول های هیدروکسید باریم، اسید نیترات و نیترات کلسیم است. چگونه می توان این محلول ها را با استفاده از یک معرف تشخیص داد؟

137. از فهرست بالا فرمول موادی را که محلول آنها دارای محیط است را جداگانه بنویسید: الف) اسیدی. ب) قلیایی؛ ج) خنثی NaCl، HCl، NaOH، HNO 3، H 3 PO 4، H 2 SO 4، Ba(OH) 2، H 2 S، KNO 3.

138. آب باران 6/5= pH دارد. این یعنی چی؟ کدام ماده موجود در هوا وقتی در آب حل می شود اسیدیته محیط را تعیین می کند؟

139. چه نوع محیطی (اسیدی یا قلیایی): الف) در محلول شامپو (pH = 5.5).

ب) در خون یک فرد سالم (pH = 7.4)؛ ج) در شیره معده انسان (pH = 1.5)؛ د) در بزاق (pH = 7.0)؟

140. زغال سنگ مورد استفاده در نیروگاه های حرارتی دارای ترکیبات نیتروژن و گوگرد است. انتشار محصولات احتراق زغال سنگ در جو منجر به تشکیل به اصطلاح باران اسیدی می شود که حاوی مقادیر کمی اسیدهای نیترات یا سولفیت است. چه مقادیر pH برای چنین آب بارانی معمول است: بیش از 7 یا کمتر از 7؟

141. آیا pH محلول اسید قوی به غلظت آن بستگی دارد؟ پاسخت رو توجیه کن.

142. محلولی از فنل فتالئین به محلولی حاوی 1 مول هیدروکسید پتاسیم اضافه شد. آیا رنگ این محلول تغییر می کند اگر اسید کلرید به مقدار ماده به آن اضافه شود: الف) 0.5 مول. ب) 1 مول؛

ج) 1.5 مول؟

143. سه لوله آزمایش بدون برچسب حاوی محلول های بی رنگ سولفات سدیم، هیدروکسید سدیم و اسید سولفات هستند. مقدار pH برای همه محلول ها اندازه گیری شد: در لوله آزمایش اول - 2.3، در دوم - 12.6، در سوم - 6.9. کدام لوله آزمایش حاوی کدام ماده است؟

144. دانش آموز از داروخانه آب مقطر خرید. pH متر نشان داد که مقدار pH این آب 6.0 است. سپس دانش آموز این آب را به مدت طولانی جوشاند و ظرف را تا بالای آن از آب داغ پر کرد و درب آن را بست. هنگامی که آب تا دمای اتاق خنک شد، pH متر مقدار 7.0 را تشخیص داد. پس از این، دانش آموز با نی هوا را از داخل آب عبور داد و PH متر دوباره 6.0 را نشان داد. چگونه می توان نتایج این اندازه گیری های pH را توضیح داد؟

145. به نظر شما چرا دو بطری سرکه از یک سازنده ممکن است حاوی محلول هایی با مقدار pH کمی متفاوت باشد؟

این مطالب کتاب درسی است

هیدرولیز برهمکنش مواد با آب است که در نتیجه محیط محلول تغییر می کند.

1. نمک از یک باز قوی و یک اسید قوی تشکیل می شود.

Na + + H 2 O Cl- + H 2 O