Оглавление 100 101 102 103 104 — — — 270 

Гидролиз солей. Диссоциацией воды на водородные и гидроксильные ионы объясняется очень важное явление — гидролиз солей.

Гидролизом вообще называется всякое взаимодействие вещества с водой, при котором составные части вещества соединяются с составными частями воды. Например, треххлористый фосфор РСl3 реагирует с водой, образуя фосфористую кислоту Н3РO3 и соляную кислоту:

РСl3 + 3НОН = Р(ОН)3 + НСl

На практике особенно часто приходится иметь дело с гидролизом солей.

Как известно, соли могут быть получены путем нейтрализации кислот основаниями. Отсюда естественно предположить, что растворы, по крайней мере нормальных солей, т. е. таких, кото-рые являются продуктами полного замещения водорода в кислотах металлами, должны иметь нейтральную реакцию. Однако это предположение оказывается справедливым только в отношении солей, образованных сильными кислотами и сильными основаниями. Соли же, полученные из слабых кислот и сильных оснований или, наоборот, из сильных кислот и слабых оснований, не дают нейтральной реакции при растворении в воде. Например, раствор хлорного железа FeCl3 дает кислую реакцию, указывающую, как мы знаем, на присутствие водородных ионов (ионов гидроксония); раствор хлорноватистокислого натрия NaClO имеет щелочную реакцию, свойственную гидроксильным ионам; раствор цианистого калия KCN (соль слабой синильной кислоты HCN) тоже дает щелочную реакцию и т. д.

Ионная теория объясняет эти явления взаимодействием ионов воды с ионами растворенной соли, в результате которого образуется избыток водородных или гидроксильных ионов. Хотя концентрация ионов водорода и гидроксила в воде очень мала, но эти ионы находятся в равновесии с огромным числом недиссоциированных молекул воды. Связывание одного из них ионами соли, нарушая равновесие, вызывает диссоциацию новых молекул воды и может повести к накоплению в растворе значительных количеств другого иона, вследствие чего раствор приобретает кислую или щелочную реакцию.

Взаимодействие ионов соли с ионами воды, сопровождающееся обычно изменением концентрации последних, носит название гидролиза соли.

Основной причиной гидролиза является образование малодиссоциированных веществ (молекул или ионов). Гидролиз может протекать различно, в зависимости от силы кислоты и основания, из которых образовалась соль.

Рассмотрим наиболее типичные случаи гидролиза.

Первый случай. Соль слабой кислоты и сильного основания. Примером может служить уксуснокислый натрий NaCH3COO. При растворении в воде уксуснокислый натрий, как и все типичные соли, полностью диссоциирует на ионы Na и СН3СОО’. Теоретически эти ионы могли бы образовать с ионами воды эквивалентные количества едкого натра и уксусной кислоты; но так как едкий натр сильное основание, то ионы натрия совсем не соединяются с гидроксильными ионами воды.

Наоборот, уксусная кислота — очень слабая кислота, поэтому ионы СН3СОO’, встречаясь в растворе с водородными ионами воды, сейчас же начинают связываться с ними, образуя молекулы СН3СООН. Уменьшение в растворе количества ионов водорода нарушает равновесие между молекулами воды и ее ионами, вызывая дальнейшую диссоциацию воды; образуются новые количества водородных ионов, которые, в свою очередь, соединяются с ионами СН3СОО’ в молекулы СН3СООН и т. д., в то же время увеличивается число гидроксильных ионов в растворе.

Однако реакция в этом направлении далеко не заходит. Так как ионное произведение воды [Н] • [ОН’] = 10-14величина постоянная, то по мере накопления гидроксильных ионов концентрация ионов водррода уменьшается и вскоре оказывается настолько малой, что дальнейшее их_связывание становится уже невозможным. Тогда устанавливается новое равновесие как между молекулами воды и ее ионами, так и между молекулами СН3СООН и ионами Н и СН3СОО’, и на этом процесс накопле-ния гидроксильных ионов останавливается.

Таким образом, прийззаимодействии уксуснокислого натрия с водой происходит реакция.

СН3СОО’ + Н2O СН3СООН + ОН’

или в молекулярной форме

NaCH3COO + Н2O СН3СООН + NaOH

Хотя равновесие этой реакции очень сильно сдвинуто влево, все же Bfрезультате ее, как показывает ионное уравнение, в растворе появляется некоторый избыток гидроксильных ионов и раствор NaCH3COO дает щелочную реакцию.

В описанном случае гидролизу подвергалась соль слабой одноосновной кислоты. При гидролизе солей, образованных ела-

быми многоосновными кислотами, обычно получаются не свободные кислоты, а кислые соли, или, точнее, анионы кислых солей. Например, при растворении в воде соды Na2CO3 ионы СO3«, как и ионы СН3СОО’, связываются с водородными, ионами воды; однако при этом образуются не молекулы слабой угольной кислоты Н2СО3, а ионы НСO3‘. Преимущественное образование ионов НСО3‘ объясняется тем, что они диссоциируют гораздо труднее, чем молекулы Н2СO3 . Гидролиз протекает по уравнению

СО3» + Н2O ⇄ НСО3‘+ ОН’ или в молекулярной форме

Na2CO3 + Н2O NaHCO3 + NaOH

В результате этой реакции, как и при гидролизе уксуснокислого натрия, в растворе появляется избыток гидроксильных ионов; поэтому раствор соды тоже имеет щелочную реакцию.

Второй случай. Соль сильной кислоты и слабого основания. Этот случай аналогичен предыдущему с той только .разницей, что здесь катионы соли соединяются с гидро-ксильными ионами воды, а анионы остаются свободными. Продуктом гидролиза обычно является основная соль или катионы основной соли. Например, при растворении в воде хлорной меди СuСl2 — соли, образованной слабым основанием Си (ОН) 2 и сильной соляной кислотой, ионы Сu••, соединяясь с гидро-ксильным и ионами, могут образовать или молекулы Сu(ОН)2, или ионы СuОНПоскольку последние диссоциируют труднее молекул Сu(ОН) 2, то именно они при гидролизе СuСl2 и образуются в первую очередь.

Происходящая реакция выражается уравнением

СuСl2 + Н2O CuOHCl + НСl

                  основная соль

или в ионной форме

Сu•• + Н2O ⇄ СuОН + Н

Так как в результате этой реакции в растворе появляется избыток водородных ионов, то растворы солей, образованных сильными кислотами и слабыми основаниями, имеют кислую реакцию.

Третий случай. Соль слабой кислоты и слабого основания, В этом случае с водой реагирует и анион и катион соли. Продуктами гидролиза являются слабая кислота и основная соль или катионы основной соли. Например, при рас-

творении в воде уксуснокислого алюминия Аl(СН3СОО)3 происходят следующие реакции:

CH3COO’ + Н2O СН3СООН + ОН’ Аl••• + Н2O ⇄ АlOH•• + Н АlOH•• + Н2O Аl (ОН)2 + Н

Таким образом, в результате гидролиза Аl(СН3СОО)3 образуются молекулы СН3СООН, ионы АlOH•• и ионы Аl(ОН)2, иначе говоря, уксусная кислота и основные соли АlOН(СН3СОО)2 и Аl(ОН)2СН3СОО.

Что касается реакции растворов подобного рода солей, то она зависит от относительной силы соответствующих кислот и оснований и может быть нейтральной, слабо кислой или слабо основной.

Если получающиеся кислота и основание являются очень слабыми и к тому же летучими или мало растворимыми, то гидролиз может итти до конца, т. е. до полного разложения соли. Это происходит, например, при взаимодействии с водой сернистого алюминия Al2S3:

Al2S3 + 6Н2O 2Аl(ОН)3 + 3H2S

Посмотрим теперь, будет ли происходить гидролиз в том случае, когда соль образована сильной кислотой и сильным основанием. В качестве примера возьмем хлористый натрий как типичную соль такого рода. Растворяясь в воде, эта соль диссоциирует на ионы натрия и хлора. Ионы натрия, как уже указывалось выше, не будут соединяться с гидроксильными ионами воды. Точно так же ионы хлора не будут соединяться с водородными ионами, потому что НСl полностью ионизируется, концентрации ионов водорода и гидроксила в растворе останутся такими же, как в чистой воде, и раствор NaCl будет нейтральным.

Таким образом, соли, образованные сильными кислотами и сильными основаниями, не подвергаются гидролизу. Во всех остальных случаях гидролиз происходит.

Из приведенных выше уравнений видно, что гидролиз представляет собой реакцию, обратную реакции нейтрализации. Это значит, что при смешивании растворов, содержащих эквивалентные количества кислоты и щелочи, реакция доходит до конца только в том случае, если оба взаимодействующие вещества сильные электролиты. Если же кислота или основание слабые, то после смешивания в растворе всегда остается некоторое количество неионизированных молекул кислоты или основания и раствор не имеет нейтральной реакции.

Степень гидролиза, т. е. отношение количества гидро-лизованной соли к общему количеству растворенной соли, для разных солей различна и зависит от химической природы образующихся при гидролизе кислоты и основания: чем слабее кислота или основание, тем больше степень гидролиза,

Так, например, следующие соли гидролизованы в 0,1 н. растворах:

Уксуснокислый натрий NaCH3COO . . на 0,008%

Бура Na2B4O7…………..на 0,5%

Цианистый калий KCN….. . . . . на 1,2%

Сода Na2CO3…………….на 2,9%

Степень гидролиза большинства солей, образованных сильными кислотами и слабыми основаниями, очень мала. Поэтому получающиеся при их гидролизе основные соли, практически нерастворимые в воде, все же обычно остаются в растворе ввиду их ничтожной концентрации.

Как и всякая обратимая реакция, гидролиз подчиняется закону действия масс. Поэтому прибавление воды к раствору соли или удаление из раствора одного из продуктов гидролиза вызывает смещение равновесия в сторону образования кислоты и основания. В том же направлении действует и нагревание, так как при нагревании степень диссоциации воды, т. е. концентрация Н и ОН’-ионов, сильно увеличивается. Наоборот, добавление к раствору кислоты или щелочи смещает равновесие в обратную сторону. Например, при обычной температуре гидролиз хлорного железа FeCl3 протекает по уравнению

Fe•••+ Н2O ⇄ FeOH•• + H

При нагревании раствора происходит усиление гидролиза, выражающееся в том, что большее количество ионов Fe••• вступает в реакцию с водой, и в то же время наряду с ионами FeOH•• образуются ионы Fe(OH)2 или. даже молекулы Fe(OH)3 по уравнениям:

Fe••• + 2Н2O⇄ Fe(OH)2 + 2Н Fe••• + 3Н2O⇄Fe(OH)3 + 3Н

Прибавление кислоты вызывает растворение осадка или уменьшение содержания ионов Fe(OH)2 в растворе.

101 102 103

Вы читаете, статья на тему Гидролиз солей