איך לרשום את משוואת הידרוליזה של מלחים? נושא זה גורם פעמים רבות לקשיים עבור בוגרי בתי ספר תיכוניים הבוחרים בכימיה לבחינה. בואו ננתח את הסוגים העיקריים של הידרוליזה, נבחן את הכללים להידור משוואות מולקולריות ויוניות.
הגדרה
הידרוליזה היא תגובה בין חומר למים, המלווה בשילוב של מרכיבי החומר המקורי איתו. הגדרה זו מצביעה על כך שתהליך זה מתרחש לא רק בחומרים אנאורגניים, הוא אופייני גם לתרכובות אורגניות.
לדוגמה, משוואת תגובת ההידרוליזה כתובה עבור פחמימות, אסטרים, חלבונים, שומנים.
ערך הידרוליזה
כל האינטראקציות הכימיות הנצפות בתהליך ההידרוליזה משמשות בתעשיות שונות. לדוגמה, תהליך זה משמש להסרת זיהומים גסים וקולואידים מהמים. למטרות אלו משתמשים במשקעים מיוחדים של אלומיניום וברזל הידרוקסידים, המתקבלים על ידי הידרוליזה של סולפטים וכלורידים של מתכות אלו.
מה עוד זה משנההִידרוֹלִיזָה? המשוואה של תהליך זה מצביעה על כך שהתגובה הזו היא הבסיס לתהליכי העיכול של כל היצורים החיים. החלק העיקרי של האנרגיה שהגוף צריך ממוקד כ-ATP. שחרור אנרגיה אפשרי עקב תהליך ההידרוליזה, בו לוקח חלק ATP.
תכונות תהליך
המשוואה המולקולרית של הידרוליזה של מלח כתובה כתגובה הפיכה. תלוי באיזה בסיס וחומצה נוצר המלח האי-אורגני, ישנן אפשרויות שונות למהלך התהליך הזה.
המלחים שנוצרים נכנסים לאינטראקציה כזו:
- ידרוקסיד מתון וחומצה פעילה (ולהיפך);
- חומצה נדיפה ובסיס פעיל.
אי אפשר לכתוב את משוואת ההידרוליזה היונית עבור מלחים שנוצרים על ידי חומצה ובסיס פעילים. הסיבה היא שמהות הנטרול מסתכמת בהיווצרות מים מיונים.
מאפיין תהליך
איך ניתן לתאר הידרוליזה? ניתן לשקול את המשוואה של תהליך זה בדוגמה של מלח, שנוצר על ידי מתכת חד ערכית וחומצה חד-בסיסית.
אם חומצה מיוצגת כ-HA ובסיס הוא MON, אז המלח שהם יוצרים הוא MA.
איך ניתן לכתוב הידרוליזה? המשוואה כתובה בצורה מולקולרית ויונית.
לתמיסות מדוללות, נעשה שימוש בקבוע ההידרוליזה, המוגדר כיחס בין מספר השומותמלחים המעורבים בהידרוליזה, למספרם הכולל. ערכו תלוי באיזו חומצה ובסיס יוצרים את המלח.
הידרוליזה של אניון
איך כותבים את משוואת ההידרוליזה המולקולרית? אם המלח מכיל הידרוקסיד פעיל וחומצה נדיפה, תוצאת האינטראקציה תהיה מלח אלקלי ומלח חומצי.
אופייני הוא תהליך הנתרן קרבונט, המייצר מלח אלקלי וחומצה.
בהינתן שהתמיסה מכילה אניונים מקבוצת ההידרוקסיל, התמיסה היא בסיסית, האניון עובר הידרוליזה.
דוגמה לתהליך
איך לרשום הידרוליזה כזו? משוואת התהליך עבור סולפט ברזל (2) מניחה היווצרות של חומצה גופרתית וסולפט ברזל (2).
התמיסה חומצית, נוצרת על ידי חומצה גופרתית.
הידרוליזה כוללת
משוואות מולקולריות ויוניות להידרוליזה של מלחים, שנוצרים על ידי חומצה לא פעילה ומאותו בסיס, מרמזות על היווצרות ההידרוקסידים המתאימים. לדוגמה, עבור אלומיניום גופרתי שנוצר על ידי הידרוקסיד אמפוטרי וחומצה נדיפה, תוצרי התגובה יהיו אלומיניום הידרוקסיד ומימן גופרתי. הפתרון הוא ניטרלי.
רצף הפעולות
ישנו אלגוריתם מסוים, שבעקבותיו יוכלו תלמידי תיכון לקבוע במדויק את סוג ההידרוליזה, לזהות את התגובה של המדיום וגם לתעד את תוצרי התגובה המתמשכת. ראשית עליך להגדיר את הסוגלעבד ולהקליט את התהליך של פירוק מלח מתמשך.
לדוגמה, עבור גופרת נחושת (2), הפירוק ליונים קשור ליצירת קטיון נחושת ואניון של גופרת.
מלח זה נוצר מבסיס חלש וחומצה פעילה, ולכן התהליך מתרחש לאורך הקטיון (יון חלש).
לאחר מכן, נכתבת המשוואה המולקולרית והיוניית של התהליך המתמשך.
כדי לקבוע את התגובה של המדיום, יש צורך ליצור תצוגה יונית של התהליך המתמשך.
תוצרי תגובה זו הם: נחושת הידרוקסוסולפט (2) וחומצה גופרתית, ולכן התמיסה מאופיינת בתגובה חומצית של המדיום.
להידרוליזה יש מקום מיוחד בין תגובות החליפין השונות. במקרה של מלחים, תהליך זה יכול להיות מיוצג כאינטראקציה הפיכה של יונים של חומר עם מעטפת הידרציה. בהתאם לעוצמת ההשפעה הזו, התהליך יכול להתקדם בעוצמה שונה.
קשרי תורם-מקבל מופיעים בין קטיונים ומולקולות מים המעניקות לחות. אטומי החמצן הכלולים במים יפעלו בתור תורם, מכיוון שיש להם זוגות אלקטרונים לא משותפים. המקבלים יהיו קטיונים שיש להם אורביטלים אטומיים חופשיים. המטען של הקטיון קובע את השפעתו המקטבת על מים.
נוצר קשר מימן חלש בין אניונים ודיפולי HOH. בפעולה חזקה של אניונים מתאפשר ניתוק מוחלט ממולקולת הפרוטון, מה שמוביל ליצירת חומצה או אניון מסוג HCO3‾. הידרוליזה היא תהליך הפיך ואנדותרמי.
סוגי השפעה על מלחמולקולות מים
לכל האניונים והקטיונים, בעלי מטענים לא משמעותיים וגדלים משמעותיים, יש השפעה מקטבת קלה על מולקולות מים, כך שלמעשה אין תגובה בתמיסה מימית. כדוגמה לקטיונים כאלה, ניתן להזכיר תרכובות הידרוקסיל, שהן אלקליות.
בואו נחדד את המתכות של הקבוצה הראשונה של תת-הקבוצה הראשית של השולחן של D. I. Mendeleev. אניונים העומדים בדרישות הם שאריות חומציות של חומצות חזקות. מלחים, שנוצרים על ידי חומצות פעילות ואלקליות, אינם עוברים תהליך של הידרוליזה. עבורם, תהליך הדיסוציאציה יכול להיכתב כך:
H2O=H+ + OH‾
לפתרונות של מלחים אנאורגניים אלה יש סביבה ניטרלית, לכן, במהלך הידרוליזה, לא נצפה הרס של מלחים.
עבור מלחים אורגניים הנוצרים על ידי אניון של חומצה חלשה וקטיון אלקלי, נצפית הידרוליזה של האניון. כדוגמה למלח כזה, שקול אשלגן אצטט CH3COOK.
קישור של CH3COOCOO- יוני אצטט עם פרוטוני מימן במולקולות של חומצה אצטית, שהיא אלקטרוליט חלש, נצפה. בתמיסה נצפית הצטברות של כמות משמעותית של יוני הידרוקסיד, וכתוצאה מכך היא רוכשת תגובה בסיסית של המדיום. אשלגן הידרוקסיד הוא אלקטרוליט חזק, ולכן לא ניתן לקשור אותו, pH > 7.
המשוואה המולקולרית של התהליך המתמשך היא:
CH3SOOK + H2O=KOH +CH3UN
כדי להבין את מהות האינטראקציה בין חומרים, יש צורך להרכיב משוואה יונית שלמה ומוקטנת.
Na2S מלח מאופיין בתהליך של הידרוליזה. בהתחשב בכך שהמלח נוצר על ידי אלקלית חזקה (NaOH) וחומצה די-בסיסית חלשה (H2S), נצפים בתמיסה הקישור של האניון הגופרתי על ידי פרוטוני מים והצטברות קבוצות הידרוקסיל. בצורה מולקולרית ויונים, תהליך זה ייראה כך:
Na2S + H2O=NaHS + NaOH
השלב הראשון. S2− + HON=HS− + OH−
צעד שני. HS− + HON=H2S + OH−
למרות האפשרות להידרוליזה דו-שלבית של מלח זה בתנאים רגילים, השלב השני של התהליך כמעט אינו ממשיך. הסיבה לתופעה זו היא הצטברות של יוני הידרוקסיל, המעניקים לתמיסה סביבה אלקלית חלשה. זה תורם לשינוי בשיווי המשקל הכימי על פי העיקרון של Le Chatelier וגורם לתגובת נטרול. בהקשר זה, ניתן לדכא את ההידרוליזה של מלחים, שנוצרים על ידי אלקלי וחומצה חלשה, על ידי עודף של אלקלי.
בהתאם להשפעת הקוטב של אניונים, אפשר להשפיע על עוצמת ההידרוליזה.
עבור מלחים המכילים אניונים חומציים חזקים וקטיוני בסיס חלשים, נצפית הידרוליזה של קטונים. לדוגמה, תהליך דומה יכול להיחשב על אמוניום כלוריד. ניתן לייצג את התהליך באופן הבאטופס:
משוואה מולקולרית:
NH4CL + H2O=NH4OH + HCL
משוואה יונית קצרה:
NH4++HOH=NH4OH + H +
בגלל העובדה שהפרוטונים מצטברים בתמיסה, נוצרת בה סביבה חומצית. כדי להזיז את שיווי המשקל שמאלה, מכניסים חומצה לתמיסה.
עבור מלח שנוצר על ידי קטיון ואניון חלשים, מהלך ההידרוליזה המלאה אופייני. לדוגמה, שקול את ההידרוליזה של אמוניום אצטט CH3COONH4. בצורה יונית, לאינטראקציה יש את הצורה:
NH4+ + CH3COO−+ HOH=NH4OH + CH3COOH
לסיכום
תלוי באיזו חומצה ובסיס נוצר המלח, לתהליך התגובה עם מים יש הבדלים מסוימים. לדוגמה, כאשר מלח נוצר על ידי אלקטרוליטים חלשים וכאשר הם מקיימים אינטראקציה עם מים, נוצרים מוצרים נדיפים. הידרוליזה מלאה היא הסיבה לכך שלא ניתן להכין כמה תמיסות מלח. לדוגמה, עבור אלומיניום גופרתי, אתה יכול לכתוב את התהליך כ:
Al2S3 + 6H2O=2Al(OH) 3↓ + 3H2S↑
מלח כזה ניתן להשיג רק ב"שיטה היבשה", תוך שימוש בחימום של חומרים פשוטים לפי הסכמה:
2Al + 3S=Al2S3
כדי למנוע פירוק של אלומיניום גופרתי, יש צורך לאחסן אותו במיכלים אטומים.
במקרים מסוימים, תהליך ההידרוליזה הוא די קשה, ולכן המולקולריתלמשוואות של תהליך זה יש צורה מותנית. על מנת לבסס בצורה מהימנה את תוצרי האינטראקציה, יש צורך לערוך מחקרים מיוחדים.
לדוגמה, זה אופייני לקומפלקסים רב-גרעיניים של ברזל, פח, בריליום. בהתאם לכיוון שאליו צריך להזיז את התהליך הפיך הזה, אפשר להוסיף יונים באותו שם, לשנות את הריכוז והטמפרטורה שלו.
