Гидролиз солей сильных кислот и слабых оснований

Определение гидролиза Гидролизом называют химический процесс взаимодействия соли с молекулами воды, сопровождающийся изменением концентрации ионов H⁺ и OH⁻, что ведет к отклонению pH раствора от нейтрального значения. Для солей, образованных сильными кислотами и слабыми основаниями, характерна гидролизная реакция по катодному типу.

Природа солей сильных кислот и слабых оснований Соли, полученные от сильных кислот (например, HCl, H₂SO₄, HNO₃) и слабых оснований (например, NH₃, Al(OH)₃, Fe(OH)₃), обладают ионной структурой, где анион кислоты не вступает в реакцию с водой (не гидролизуется), а катион слабого основания проявляет способность реагировать с водой:

Соль (MX) → M+ + X−

  • M+ — катион слабого основания
  • X− — анион сильной кислоты

Механизм гидролиза Катион слабого основания M+ взаимодействует с молекулами воды, присоединяя протон и образуя гидроксид:

M+ + H2O ⇌ MOH + H+

Это приводит к увеличению концентрации ионов H⁺ в растворе, что вызывает кислую реакцию. Анион сильной кислоты X− практически не гидролизуется из-за высокой диссоциации исходной кислоты.

Примеры и уравнения гидролиза

  1. Хлорид аммония (NH₄Cl)

NH4+ + H2O ⇌ NH3 + H3O+

Раствор NH₄Cl проявляет кислую реакцию (pH < 7) из-за образования ионов H₃O⁺.

  1. Сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃

Al3+ + 3H2O ⇌ Al(OH)3 + 3H+

Раствор также кислый, а интенсивность гидролиза зависит от степени поляризации катиона ионов алюминия.

Константа гидролиза Константа гидролиза Kh выражает равновесие реакции взаимодействия катиона слабого основания с водой:

$$ K_h = \frac{[MOH][H^+]}{[M^+]} $$

Связь с константой диссоциации слабого основания Kb и воды Kw выражается через соотношение:

$$ K_h = \frac{K_w}{K_b} $$

Чем слабее основание (меньше Kb), тем сильнее гидролиз и более кислая реакция раствора.

Зависимость pH от концентрации соли Для растворов солей слабых оснований и сильных кислот pH можно определить по формуле:

$$ [H^+] = \sqrt{K_h \cdot C} $$

pH = −log [H+]

где C — концентрация соли. Увеличение концентрации соли усиливает гидролиз и снижает pH.

Факторы, влияющие на гидролиз

  1. Сила основания: слабое основание усиливает гидролиз.
  2. Поляризация катиона: высокополяризующие катионы с высокой зарядовой плотностью (Al³⁺, Fe³⁺) вызывают более выраженный гидролиз.
  3. Концентрация соли: повышение концентрации увеличивает концентрацию H⁺ и снижает pH.
  4. Температура: повышение температуры обычно увеличивает степень диссоциации и ускоряет гидролиз.

Особенности гидролиза многоосновных и полиационных катионов Для катионов с несколькими степенями окисления или гидратированными комплексами, например Al³⁺, гидролиз протекает поэтапно с образованием промежуточных гидроксидов:

[Al(H2O)6]3+ ⇌ [Al(H2O)5(OH)]2+ + H+

Каждый последующий этап гидролиза становится менее выраженным, но суммарная реакция поддерживает кислую среду раствора.

Практическое значение Гидролиз солей сильных кислот и слабых оснований определяет кислотность многих промышленных растворов, влияет на процессы осаждения гидроксидов металлов, на pH в биохимических системах и при очистке воды. Контроль гидролиза позволяет корректировать кислотность растворов и управлять химической реактивностью среды.

Оглавление