Гидролиз

Гидро́лиз (от др.-греч. ὕδωρ «вода» + λύσις «разложение») — химическая реакция между веществом и водой, в результате которой происходит разложение этого вещества и воды с образованием новых соединений (сольволиз водой).^[1][2]

Гидролиз солей

Гидролиз солей — разновидность реакций гидролиза, обусловленного протеканием реакций ионного обмена в растворах растворимых солей. Движущей силой процесса является взаимодействие ионов вещества с водой, приводящее к образованию слабого электролита в ионном или молекулярном виде.

Различают обратимый и необратимый гидролиз солей^[3][4]:

1. Гидролиз соли слабой кислоты и сильного основания (гидролиз по аниону). Раствор имеет слабощелочную среду, реакция протекает обратимо.

${\displaystyle {\mathsf {Na_{2}CO_{3}+H_{2}O\rightleftharpoons NaHCO_{3}+NaOH}}}$

${\displaystyle {\mathsf {CO_{3}^{2-}+H_{2}O\rightleftharpoons HCO_{3}^{-}+OH^{-}}}}$

Гидролиз по второй ступени протекает в ничтожной степени:

${\displaystyle {\mathsf {HCO_{3}^{-}+H_{2}O\rightleftharpoons H_{2}CO_{3}+OH^{-}}}}$

2. Гидролиз соли сильной кислоты и слабого основания (гидролиз по катиону). Раствор имеет слабокислую среду, реакция протекает обратимо.

${\displaystyle {\mathsf {CuCl_{2}+H_{2}O\rightleftharpoons CuOHCl+HCl}}}$

${\displaystyle {\mathsf {Cu^{2+}+H_{2}O\rightleftharpoons CuOH^{+}+H^{+}}}}$

Гидролиз по второй ступени протекает в ничтожной степени:

${\displaystyle {\mathsf {CuOH^{+}+H_{2}O\rightleftharpoons Cu(OH)_{2}+H^{+}}}}$

3. Гидролиз соли слабой кислоты и слабого основания. Равновесие смещено в сторону продуктов, гидролиз протекает практически полностью, так как оба продукта образуют осадок или газ:

${\displaystyle {\mathsf {Al_{2}S_{3}+6H_{2}O\rightarrow 2Al(OH)_{3}\downarrow +3H_{2}S\uparrow }}}$

${\displaystyle {\mathsf {2Al^{3+}+3S^{2-}+6H_{2}O\rightarrow 2Al(OH)_{3}\downarrow +3H_{2}S\uparrow }}}$

4. Соль сильной кислоты и сильного основания не подвергается гидролизу, и раствор нейтрален. В растворе протекает следующая реакция:

См. также: Электролитическая диссоциация

${\displaystyle {\ce {H^+ + OH^- = H_2 O}}}$

Количественная характеристика гидролиза

Степень гидролиза

Под степенью гидролиза понимается отношение концентрации соли, подвергающейся гидролизу, к общему количеству концентрации растворенной соли. Обозначается как α или h_гидр.

${\displaystyle \alpha =({\frac {c_{h}}{c}})*100\%}$, где ${\displaystyle c_{h}}$ — число молей гидролизованной соли, ${\displaystyle c}$ — общее число молей растворённой соли.

Степень гидролиза зависит от температуры и концентраций веществ участвующих в гидролизе: степень гидролиза возрастает с увеличением температуры и разбавлением раствора (увеличением концентрации воды).^[4]
Степень гидролиза соли тем выше, чем слабее кислота или основание, образующие соль.

Константа гидролиза

Константа гидролиза — константа равновесия гидролитической реакции, равная отношению произведения равновесных концентраций продуктов к равновесной концентрации соли с учётом стехиометрических коэффициентов. По величине константы гидролиза можно судить о полноте гидролиза: чем больше её значение, тем в большей мере протекает гидролиз.

Для реакции гидролиза соли ${\displaystyle MA}$ для которой протекает следующая реакция гидролиза:

${\displaystyle MA+H_{2}O\rightleftharpoons HA+MOH}$, где ${\displaystyle HA}$ и ${\displaystyle MOH}$ — соответственно, кислота и основание, образующиеся в ходе гидролиза.

Можно записать константу гидролиза, приняв, что концентрация воды постоянна:

${\displaystyle K_{h}={\frac {[HA][MOH]}{[MA]}}}$

Связь константы и степени гидролиза

Константа и степень гидролиза связаны соотношением:

${\displaystyle K_{h}=C*{\frac {h^{2}}{1-h}}}$, где ${\displaystyle C}$ – концентрация соли в растворе, ${\displaystyle h}$ – степень гидролиза.

При малой степени гидролиза (${\displaystyle h<<1}$), выражение упрощается:

${\displaystyle K_{h}=C*h^{2}}$

Связь константы гидролиза с другими константами равновесия

Константа гидролиза связана с ионным произведением воды и константами кислотности и основности следующим образом:

${\displaystyle K_{h}={\frac {K_{H_{2}O}}{K_{a}K_{b}}}}$, где ${\displaystyle K_{H_{2}O}}$- ионное произведение воды (10⁻¹⁴), а ${\displaystyle K_{a}}$ и ${\displaystyle K_{b}}$ — константы кислотности и основности соответственно.

Гидролиз органических веществ

Живые организмы осуществляют гидролиз различных органических веществ в ходе реакций катаболизма при участии ферментов. Например, в ходе гидролиза при участии пищеварительных ферментов белки расщепляются на аминокислоты. А жиры на глицерин и жирные кислоты, полисахариды (например, крахмал и целлюлоза) — на моносахариды (например, на глюкозу), нуклеиновые кислоты — на свободные нуклеотиды.

При гидролизе жиров в присутствии щёлочей получают мыло; гидролиз жиров в присутствии катализаторов применяется для получения глицерина и жирных кислот. Гидролизом древесины получают этанол, а продукты гидролиза торфа находят применение в производстве кормовых дрожжей, воска, удобрений и др.

См. также

• Аминолиз
• Окислительный аммонолиз