Гидролиз и жизнь

В природе минералы подвергаются гидролизу. Гидролиз минералов — это их химическое взаимодействие с водой, приводящее к разрушению и изменению. Гидролиз способствует перераспределению таких элементов в земной коре как кремний, алюминий и железо, что имеет значение для биогеохимических циклов.

Гидролиз играет важную роль в процессах выветривания и образования почв, а также влияет на доступность питательных веществ для растений и микроорганизмов.

Пример из природы

Гидрокарбонаты кальция, магния, попадающие из рек в океаны, придают морской воде слабощелочную среду, которая благоприятна для протекания фотосинтеза в морских растениях и развития морских животных.

Промышленное применение

Процесс гидролиз сульфата алюминия лежит в основе протравного крашении тканей. При кипячении шерсти со слабым раствором протравы – квасцов или сульфата алюминия – на волокнах прочно оседает гидроксид алюминия. После протравливания шерсть промывают, а затем окрашивают, погружая в раствор красителя, который медленно фиксируется на протравленной ткани.

Аморфный осадок гидроксида алюминия используют для очистки питьевой воды и промышленных стоков.

В результате гидролиза жиров и последующей химической обработки получают глицерин и разнообразные моющие средства.

Гидролиз карбоната и фосфата натрия приводит к уменьшению жесткости воды.

Известкование почв, приводящее к понижению кислотности, основано на реакции гидролиза.

Определение гидролиза солей

Гидролиз солей — химическое взаимодействие ионов соли с молекулами воды, приводящее к изменению реакции среды раствора.

Гидролизу не подвергаются соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой (например растворы солей, NаСl, K2SО4, КNО3 и другие) и в растворах этих солей рН ≈ 7, то есть реакция среды остается нейтральной.

Существует несколько видов гидролиза солей. Гидролиз соли может протекать по аниону, или по катиону, или по катиону и аниону.

Виды гидролиза солей

1. Гидролиз по аниону

Протекает в растворах солей, образованных сильным основанием и слабой кислотой (например, растворы солей СН3СООNа, К2SО3, Nа2СО3, Nа2S). В результате гидролиза анион кислотного остатка взаимодействует с молекулами воды и растворе появляются ионы ОН–, среда становится щелочной (рН >7).

Записывают уравнение диссоциации соли:
СН3СООNа → СН3CОО– + Nа+

Краткое ионное уравнение гидролиза по аниону слабой кислоты имеет вид:
СН3CОО– + Н-ОН ⇌ СН3СООН + ОН– (рН > 7)

Записываем молекулярное уравнение гидролиза:
СН3СООNа + Н2О ⇌ СН3CООН + NаОН

Растворы солей многоосновных кислот (H2S, H2СО3, H3РО4, H2SО4 и так далее) гидролизуются по первой ступени, процесс является обратимым и приводит к образованию кислых солей.

Рассмотрим гидролиз, протекающий в растворе соли Na3PO4.

Уравнение диссоциации соли:

Na3PO4 → 3Na+ + РО43-

Краткое ионное уравнение гидролиза по аниону имеет вид:

PO43─ + H−OH ⇌ HPO42─+ OH-

Записываем молекулярное уравнение гидролиза:

Na3PO4 + H2O ⇌ Na2НPO4 + NaOH

Растворы солей, образованных сильным основанием и слабой кислотой гидролизуются по аниону слабой кислоты, что приводит к щелочной реакции среды (pH>7).

2. Гидролиз по катиону

Протекает в растворах солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой (например, FeCl3, СuSО4, Zn(NO3)2, АlС13). В результате взаимодействия катиона металла (или аммония) с водой в растворе появляются ионы H+, и среда становится кислой (рН <7).

Рассмотрим гидролиз, протекающий в растворе соли Zn(NO3)2.

Уравнение диссоциации соли:
Zn(NО3)2 → Zn2+ + 2NО3-

Краткое ионное уравнение гидролиза по катиону слабого основания имеет вид:
Zn2+ + H−OH ⇌ Zn(OH)+ + H+

Записываем молекулярное уравнение гидролиза:
Zn(NО3)2 + Н2O ⇌ Zn(OH)NO3 + HNO3

В растворах солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой, гидролиз протекает по катиону слабого основания, и реакция среды становится кислой (pH<7).

3. Гидролиз по катиону и аниону слабой кислоты

Протекает в растворах солей, образованных слабым основанием и слабой кислотой. Соли этого типа гидролизуются наиболее сильно, так как их ионы одновременно связывают ионы водорода и гидроксид-ионы воды.

Например, гидролиз ацетата аммония может быть выражен следующими уравнениями:

Уравнение диссоциации:

СН3СООNН4 → СН3СОО− + NН4+

Краткие ионные уравнения гидролиза:

(по аниону) СН3СОО− + H−OH ⇌ СН3СООН + ОН−

(по катиону) NН4+ + H−OH ⇌ NH4ОН + H+

Молекулярное уравнение гидролиза:

СН3СООNН4 + Н2О = СН3СООН + NH4ОН

Необратимый гидролиз

Если продукты гидролиза уходят из сферы реакции (выпадает осадок или выделяется газ), то гидролиз протекает необратимо:

А12S3 + 6Н2О → 2А1(ОН)3↓ + ЗН2S↑

Необратимому гидролизу подвергаются, например, растворы солей (Аl2(СО3)3, Сr2S3, Fе2S3 и другие). В этом случае гидролиз является необратимым и протекает до конца, так как образуются слабые электролиты.