Kuidas kirjutada soolade hüdrolüüsi võrrandit? See teema tekitab sageli raskusi keskkoolide lõpetajatele, kes valivad eksamiks keemia. Analüüsime peamisi hüdrolüüsi liike, kaalume molekulaar- ja ioonvõrrandite koostamise reegleid.
Definitsioon
Hüdrolüüs on aine ja vee vaheline reaktsioon, millega kaasneb algaine komponentide kombineerimine sellega. See määratlus näitab, et see protsess ei toimu ainult anorgaanilistes ainetes, see on iseloomulik ka orgaanilistele ühenditele.
Näiteks hüdrolüüsireaktsiooni võrrand on kirjutatud süsivesikute, estrite, valkude, rasvade jaoks.
Hüdrolüüsi väärtus
Kõiki hüdrolüüsiprotsessis täheldatavaid keemilisi koostoimeid kasutatakse erinevates tööstusharudes. Näiteks kasutatakse seda protsessi jämedate ja kolloidsete lisandite eemaldamiseks veest. Nendel eesmärkidel kasutatakse spetsiaalseid alumiinium- ja raudhüdroksiidide sadet, mis saadakse nende metallide sulfaatide ja kloriidide hüdrolüüsil.
Mis see veel loebhüdrolüüs? Selle protsessi võrrand näitab, et see reaktsioon on kõigi elusolendite seedeprotsesside aluseks. Põhiosa energiast, mida keha vajab, keskendub ATP-le. Energia vabanemine on võimalik tänu hüdrolüüsiprotsessile, milles osaleb ATP.
Protsessi funktsioonid
Soola hüdrolüüsi molekulaarvõrrand on kirjutatud pöörduva reaktsioonina. Olenev alt sellest, millisest alusest ja happest anorgaaniline sool moodustub, on selle protsessi jaoks mitu võimalust.
Tekkivad soolad astuvad sellisesse interaktsiooni:
- mahe hüdroksiid ja aktiivne hape (ja vastupidi);
- lenduv hape ja aktiivne alus.
Ioonse hüdrolüüsi võrrandit ei saa kirjutada aktiivse happe ja aluse poolt moodustatud soolade jaoks. Põhjus on selles, et neutraliseerimise olemus taandub ioonidest vee moodustumisele.
Protsessi karakteristikud
Kuidas saab hüdrolüüsi kirjeldada? Selle protsessi võrrandit võib vaadelda soola näitel, mis moodustub ühevalentsest metallist ja ühealuselisest happest.
Kui hapet tähistatakse kui HA ja alust on MON, siis nende moodustatav sool on MA.
Kuidas saab hüdrolüüsi kirjutada? Võrrand on kirjutatud molekulaarsel ja ioonsel kujul.
Lahjendatud lahuste puhul kasutatakse hüdrolüüsikonstanti, mis on määratletud moolide arvu suhtenahüdrolüüsis osalevad soolad nende koguarvuni. Selle väärtus sõltub sellest, milline hape ja alus moodustavad soola.
Anioonide hüdrolüüs
Kuidas kirjutada molekulaarse hüdrolüüsi võrrandit? Kui sool sisaldab aktiivset hüdroksiidi ja lenduvat hapet, on koostoime tulemuseks leeliseline ja happeline sool.
Tüüpiline on naatriumkarbonaadi protsess, mille käigus tekib leelise- ja happesool.
Arvestades, et lahus sisaldab hüdroksüülrühma anioone, on lahus leeliseline, anioon hüdrolüüsitakse.
Protsessi näide
Kuidas sellist hüdrolüüsi üles kirjutada? Raudsulfaadi (2) protsessivõrrand eeldab väävelhappe ja raudsulfaadi (2) moodustumist.
Lahus on happeline, mille tekitab väävelhape.
Täielik hüdrolüüs
Soolade hüdrolüüsi molekulaar- ja ioonvõrrandid, mis moodustuvad inaktiivse happe ja sama alusega, viitavad vastavate hüdroksiidide moodustumisele. Näiteks amfoteersest hüdroksiidist ja lenduvast happest moodustunud alumiiniumsulfiidi puhul on reaktsiooniproduktideks alumiiniumhüdroksiid ja vesiniksulfiid. Lahendus on neutraalne.
Tegevuste jada
On olemas teatud algoritm, mille järgi saavad keskkooliõpilased täpselt määrata hüdrolüüsi tüübi, tuvastada keskkonna reaktsiooni ja registreerida ka käimasoleva reaktsiooni saadused. Kõigepe alt peate määrama tüübitöödelda ja registreerida käimasoleva soola dissotsiatsiooni protsess.
Näiteks vasksulfaadi (2) puhul on ioonideks lagunemine seotud vaseketiooni ja sulfaadi aniooni moodustumisega.
Selle soola moodustavad nõrk alus ja aktiivne hape, seega toimub protsess piki katiooni (nõrk ioon).
Järgmiseks kirjutatakse käimasoleva protsessi molekulaarne ja ioonvõrrand.
Söötme reaktsiooni määramiseks on vaja koostada käimasolevast protsessist ioonvaade.
Selle reaktsiooni saadused on: vaskhüdroksosulfaat (2) ja väävelhape, seega iseloomustab lahust keskkonna happeline reaktsioon.
Hüdrolüüsil on eriline koht erinevate vahetusreaktsioonide seas. Soolade puhul võib seda protsessi kujutada kui aine ioonide pöörduvat interaktsiooni hüdratatsioonikihiga. Olenev alt selle löögi tugevusest võib protsess kulgeda erineva intensiivsusega.
Katioonide ja veemolekulide vahele tekivad doonor-aktseptor sidemed, mis neid hüdreerivad. Vees sisalduvad hapnikuaatomid toimivad doonorina, kuna neil on jagamata elektronpaarid. Aktseptoriteks on katioonid, millel on vabad aatomiorbitaalid. Katiooni laeng määrab selle polariseeriva toime veele.
Anioonide ja HOH dipoolide vahel moodustub nõrk vesinikside. Anioonide tugeva toimega on võimalik täielik eraldumine prootoni molekulist, mis viib happe või HCO3‾ tüüpi aniooni moodustumiseni. Hüdrolüüs on pöörduv ja endotermiline protsess.
Mõju tüübid soolaleveemolekulid
Kõik anioonid ja katioonid, millel on ebaolulised laengud ja märkimisväärsed suurused, omavad veemolekule kergelt polariseerivat toimet, mistõttu vesilahuses reaktsiooni praktiliselt ei toimu. Selliste katioonide näitena võib nimetada hüdroksüülühendeid, mis on leelised.
Toome välja D. I. Mendelejevi tabeli põhialarühma esimese rühma metallid. Nõuetele vastavad anioonid on tugevate hapete happelised jäägid. Aktiivsete hapete ja leeliste poolt moodustuvad soolad ei läbi hüdrolüüsi. Nende jaoks võib dissotsiatsiooniprotsessi kirjutada järgmiselt:
H2O=H+ + OH‾
Nende anorgaaniliste soolade lahustel on neutraalne keskkond, seetõttu ei täheldata hüdrolüüsi käigus soolade hävimist.
Nõrga happe ja leeliselise katiooni anioonist moodustunud orgaaniliste soolade puhul täheldatakse aniooni hüdrolüüsi. Sellise soola näitena kaaluge kaaliumatsetaati CH3COOK.
CH3COOCOO- atsetaadiioonide sidumine vesinikprootonitega äädikhappe molekulides, mis on nõrk elektrolüüt, täheldatakse. Lahuses täheldatakse märkimisväärse koguse hüdroksiidioonide akumuleerumist, mille tulemusena tekib keskkonna leeliseline reaktsioon. Kaaliumhüdroksiid on tugev elektrolüüt, seega ei saa seda siduda, pH > 7.
Käimasoleva protsessi molekulaarvõrrand on:
CH3SOOK + H2O=KOH +CH3UN
Ainetevahelise interaktsiooni olemuse mõistmiseks on vaja koostada täielik ja taandatud ioonvõrrand.
Na2S soola iseloomustab astmeline hüdrolüüsiprotsess. Arvestades, et soola moodustavad tugeva leelise (NaOH) ja kahealuselise nõrga happe (H2S), täheldatakse lahuses sulfiidaniooni sidumist vee prootonitega ja hüdroksüülrühmade kuhjumist. Molekulaarsel ja ioonilisel kujul näeb see protsess välja järgmine:
Na2S + H2O=NaHS + NaOH
Esimene samm. S2− + HON=HS− + OH−
Teine samm. HS− + HON=H2S + OH−
Hoolimata selle soola kaheetapilise hüdrolüüsi võimalusest tavatingimustes ei toimu protsessi teine etapp praktiliselt. Selle nähtuse põhjuseks on hüdroksüülioonide kogunemine, mis annab lahusele nõrga aluselise keskkonna. See aitab kaasa keemilise tasakaalu nihkele vastav alt Le Chatelier' põhimõttele ja põhjustab neutraliseerimisreaktsiooni. Sellega seoses võib leelise ja nõrga happe poolt moodustatud soolade hüdrolüüsi pärssida leelise liig.
Sõltuv alt anioonide polariseerivast toimest on võimalik hüdrolüüsi intensiivsust mõjutada.
Tugevaid happeanione ja nõrku aluselisi katioone sisaldavate soolade puhul täheldatakse katioonide hüdrolüüsi. Näiteks võib sarnast protsessi kaaluda ammooniumkloriidi puhul. Protsessi saab kujutada järgmiseltvorm:
molekulaarvõrrand:
NH4CL + H2O=NH4OH + HCL
lühike ioonvõrrand:
NH4++HOH=NH4OH + H +
Tänu sellele, et prootonid kogunevad lahusesse, tekib selles happeline keskkond. Tasakaalu nihutamiseks vasakule lisatakse lahusesse hapet.
Nõrgast katioonist ja anioonist moodustunud soola puhul on tüüpiline täielik hüdrolüüs. Näiteks ammooniumatsetaadi CH3COONH4 hüdrolüüsi. Ioonsel kujul on interaktsioonil vorm:
NH4+ + CH3COO−+ HOH=NH4OH + CH3COOH
Kokkuvõtteks
Sõltuv alt sellest, millisest happest ja alusest sool moodustub, on veega reageerimise protsessil teatud erinevused. Näiteks kui soola moodustavad nõrgad elektrolüüdid ja kui need interakteeruvad veega, tekivad lenduvad produktid. Täielik hüdrolüüs on põhjus, miks mõnda soolalahust ei ole võimalik valmistada. Näiteks alumiiniumsulfiidi puhul saate protsessi kirjutada järgmiselt:
Al2S3 + 6H2O=2Al(OH) 3↓ + 3H2S↑
Sellist soola saab ainult “kuivmeetodil”, kasutades lihtsate ainete kuumutamist vastav alt skeemile:
2Al + 3S=Al2S3
Alumiiniumsulfiidi lagunemise vältimiseks tuleb seda hoida õhukindlates anumates.
Mõnel juhul on hüdrolüüsiprotsess üsna keeruline, mistõttu molekulaarneselle protsessi võrranditel on tingimuslik vorm. Koostoimeproduktide usaldusväärseks kindlakstegemiseks on vaja läbi viia spetsiaalsed uuringud.
Näiteks on see tüüpiline raua, tina ja berülliumi mitmetuumaliste komplekside puhul. Olenev alt suunast, kuhu seda pöörduvat protsessi on vaja nihutada, on võimalik lisada samanimelisi ioone, muuta nende kontsentratsiooni ja temperatuuri.
