Исследуем действие универсального индикатора на растворы некоторых солей
Как мы видим, среда первого раствора — нейтральная (рН=7), второго — кислая (рН < 7 ), третьего щелочная (рН > 7). Чем же объяснить столь интересный факт? 🙂
Для начала, давайте вспомним, что такое pH и от чего он зависит.
За счет чего же в некоторых водных растворах солей происходит нарушение равенства концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов?
Дело в том, что происходит смещение равновесия диссоциации воды вследствие связывания одного из ее ионов ([H+] или [OH—]) с ионами соли с образованием малодиссоциированного, труднорастворимого или летучего продукта. Это и есть суть гидролиза.
Гидролиз солей — это химическое взаимодействие ионов соли с ионами воды, приводящее к образованию слабого электролита -кислоты (или кислой соли), или основания (или основной соли).
Слово «гидролиз» означает разложение водой («гидро»-вода, «лизис» — разложение).
В зависимости от того какой ион соли вступает во взаимодействие с водой, различают 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 — гидролиз по катиону и по аниону (в реакцию с водой вступает и катион, и анион).
Гидролиз соли – взаимодействие ее ионов с водой, приводящее к появлению кислотной или щелочной среды, но не сопровождающееся образованием осадка или газа.
Процесс гидролиза протекает только с участием растворимых солей и состоит из двух этапов:
1) диссоциация соли в растворе – необратимая реакция (степень диссоциации , или 100%);
2) собственно гидролиз, т.е. взаимодействие ионов соли с водой, — обратимая реакция (степень гидролиза ˂ 1, или 100%)
Уравнения 1-го и 2-го этапов – первый из них необратим, второй обратим – складывать нельзя!
Отметим, что соли, образованные катионами щелочей и анионами сильных кислот, гидролизу не подвергаются, они лишь диссоциируют при растворении в воде. В растворах солей KCl, NaNO3, NaSO4 и BaI среда нейтральная.
Гидролиз по аниону
1) KNO2 = K+ + NO2— (диссоциация)
2) NO2— + H2O ↔ HNO2 + OH— (гидролиз)
Диссоциация соли KNO2 протекает полностью, гидролиз аниона NO2 – в очень малой степени (для 0,1 М раствора – на 0,0014%), но этого оказывается достаточно, чтобы раствор стал щелочным (среди продуктов гидролиза присутствует ион OH—), в нем pH = 8,14.
Гидролизу подвергаются анионы только слабых кислот (в данном примере – нитрит-ион NO2, отвечающий слабой азотистой кислоте HNO2). Анион слабой кислоты притягивает к себе катион водорода, имеющийся в воде, и образует молекулу этой кислоты, а гидроксид-ион остается свободным:
NO2— + H2O (H+, OH—) ↔ HNO2 + OH—
Примеры:
а) NaClO = Na+ + ClO—
ClO— + H2O ↔ HClO + OH—
б) LiCN = Li+ + CN—
CN— + H2O ↔ HCN + OH—
в) Na2CO3 = 2Na+ + CO32-
CO32- + H2O ↔ HCO3— + OH—
г) K3PO4 = 3K+ + PO43-
PO43- + H2O ↔ HPO42- + OH—
д) BaS = Ba2+ + S2-
S2- + H2O ↔ HS— + OH—
Обратите внимание, что в примерах (в- д) нельзя увеличить число молекул воды и вместо гидроанионов (HCO3, HPO4, HS) писать формулы соответствующих кислот (H2CO3, H3PO4, H2S). Гидролиз – обратимая реакция, и протекать «до конца» (до образования кислоты) он не может.
Если бы такая неустойчивая кислота, как H2CO3, образовывалась в растворе своей соли NaCO3, то наблюдалось бы выделение из раствора газа CO2 (H2CO3 = CO2+ H2O). Однако, при растворении соды в воде образуется прозрачный раствор без газовыделения, что является свидетельством неполноты протекания гидролиза аниона с появлением в растворе только гидранионов угольной кислоты HCO3— .
Степень гидролиза соли по аниону зависит от степени диссоциации продукта гидролиза – кислоты. Чем слабее кислота, тем выше степень гидролиза. Например, ионы CO32- , PO43- и S2- подвергаются гидролизу в большей степени, чем ион NO2, так как диссоциация H2CO3 и H2S по 2-й ступени, а H3PO4 по 3-тей ступени протекает значительно меньше, чем диссоциация кислоты HNO2. Поэтому растворы, например, Na2CO3, K3PO4 и BaS будут сильнощелочными (в чем легко убедиться по мылкости соды на ощупь).
Если в концентрированный раствор сильно гидролизующейся по аниону соли,
например Na2CO3, внести алюминий, то последний (вследствие амфотерности) прореагирует со щелочью и будет наблюдаться выделение водорода. Это – дополнительное доказательство протекания гидролиза, ведь в раствор соды мы не добавляли щелочь NaOH!
Гидролиз по катиону
гидролизом соли по катиону
1) Ni(NO3)2 = Ni2+ + 2NO3− (диссоциация)
2) Ni2+ + H2O ↔ NiOH+ + H+ (гидролиз)
Диссоциация соли Ni(NO3)2 протекает нацело, гидролиз катиона Ni2+ − в очень малой степени (для 0,1М раствора − на 0,001%), но этого оказывается достаточно, чтобы среда стала кислотной (среди продуктов гидролиза присутствует ион H+).
Гидролизу подвергаются катионы только малорастворимых основных и амфотерных гидроксидов и катион аммония NH4+. Катион металла отщепляет от молекулы воды гидроксид-ион и освобождает катион водорода H+.
Катион аммония в результате гидролиза образует слабое основание − гидрат аммиака и катион водорода:
NH4+ + H2O ↔ NH3 · H2O + H+
Обратите внимание, что нельзя увеличивать число молекул воды и вместо гидроксокатионов (например, NiOH+) писать формулы гидроксидов (например, Ni(OH)2). Если бы гидроксиды образовались, то из растворов солей выпали бы осадки, чего не наблюдается (эти соли образуют прозрачные растворы).
Избыток катионов водорода легко обнаружить индикатором или измерить специальными приборами. В концентрированный раствор сильно гидролизующейся по катиону соли, вносится магний или цинк, то последние реагируют с кислотой с выделением водорода.
Если соль нерастворимая — то гидролиза нет, т.к ионы не взаимодействуют с водой.
Как гидролиз можно усилить:
Как гидролиз можно подавить: