Hydroliza soli

Hydroliza

Hydroliza to rozkład związku chemicznego pod wpływem wody. Hydroliza jest reakcją podwójnej wymiany między wodą a substancją w niej rozpuszczoną. Bardzo często jest to reakcja odwracalna.

Hydroliza związków nieorganicznych przebiega według schematu:

AB + HOH ↔ AH + BOH

AB – substancja ulegająca hydrolizie

AH, BOH – produkty hydrolizy

W chemii organicznej termin „hydroliza” jest szerszy i oprócz hydrolizy estrów, która przebiega zgodnie z ogólnymi zasadami (reakcja odwracalna pod wpływem wody) obejmuje m.in., hydrolizę białek, czyli rozpad do aminokwasów i peptydów, rozkład wielocukrów do cukrów prostych, rozkład tłuszczów w obecności enzymów, czy zmydlanie tłuszczów.

Hydroliza często przebiega w obecności katalizatorów przyspieszających reakcję.

Hydroliza soli nieorganicznych

Hydroliza soli nieorganicznych to reakcja chemiczna zachodząca między jonami słabo zdysocjowanej wody i jonami dobrze zdysocjowanej soli słabego kwasu lub słabej zasady. W reakcji hydrolizy nie biorą udziału jony pochodzące od mocnych kwasów i mocnych zasad. W środowisku wodnym nie oddają ani nie przyjmują one protonów. Aby doszło do hydrolizy, sól musi być dobrze rozpuszczalna w wodzie.

Hydroliza soli zachodzi według schematu

sól + woda ↔ kwas + zasada

Reakcji hydrolizy mogą ulegać tylko sole, których jony mają zdolność przyjmowania lub oddawania protonów w środowisku wodnym. Są to:

• sole mocnej zasady i słabego kwasu,
• sole słabej zasady i mocnego kwasu,
• sole słabej zasady i słabego kwasu.

Dla soli mocnego kwasu i mocnej zasady reakcja hydrolizy nie zachodzi.

 

Roztwory wodne soli mogą mieć różny odczyn – kwasowy, zasadowy lub obojętny, a właściwie zbliżony do obojętnego (słabo kwasowy lub słabo zasadowy zależnie od wartości stałych dysocjacji kwasu i zasady). Odczyn roztworu soli zależny jest od jej budowy:

• zasadowy dla soli słabych kwasów i mocnych zasad,
• kwasowy dla soli mocnych kwasów i słabych zasad,
• zbliżony do obojętnego dla soli słabych kwasów i słabych zasad,
• obojętny dla soli mocnych kwasów i mocnych zasad, ponieważ proces hydrolizy nie zachodzi, a odczyn wynika z autodysocjacji wody.

Reakcje hydrolizy soli zapisuje się równaniami jonowymi i jonowymi skróconymi. Dopiero zapis jonowy skrócony pokazuje jasno, które jony występują w roztworze (H⁺ czy OH^–), odpowiadając za jego odczyn. Np.

zapis cząsteczkowy: CH₃COONa + H₂O ↔ CH₃COOH + NaOH

zapis jonowy: CH₃COO^– + Na⁺ + H₂O ↔ CH₃COOH + Na⁺ + OH^–

zapis jonowy skrócony: CH₃COO^– + H₂O ↔ CH₃COOH + OH^– 

w roztworze występują jony OH^–, które odpowiadają za odczyn zasadowy

Sole mocnej zasady i słabego kwasu

Roztwory soli mocnej zasady i słabego kwasu mają odczyn zasadowy. Zachodzi hydroliza anionowa, co oznacza, że w reakcji bierze udział anion słabego kwasu.

Przykładem jest octan sodu, dla którego reakcja hydrolizy przebiega następująco:

CH₃COONa + H₂O ↔ CH₃COOH + Na⁺ + OH^–

Produktami reakcji są słabo zdysocjowany kwas octowy i dobrze dysocjowana zasada sodowa. Jony H⁺ pochodzące z cząsteczek wody wiążą się z anionami soli w wyniku czego powstaje kwas octowy. Zmniejsza się stężenie jonów H⁺ i zwiększa się stężenie jonów OH^–, nadając odczyn zasadowy całemu roztworowi.

Przykład hydrolizy jednostopniowej

zapis cząsteczkowy: HCOOK + H₂O ↔ HCOOH + KOH

zapis jonowy: HCOO^– + K⁺ + H₂O ↔ HCOOH + K⁺ + OH^–

zapis jonowy skrócony: HCOO^– + H₂O ↔ HCOOH + OH^– 

Przykład hydrolizy dwustopniowej

I stopień hydrolizy

zapis cząsteczkowy: Na₂CO₃ + H₂O ↔ NaHCO₃ + NaOH

zapis jonowy: 2Na⁺ + CO₃^2- + H₂O ↔ Na⁺ + HCO₃^– + Na⁺ + OH^–

zapis jonowy skrócony: CO₃^2- + H₂O ↔ HCO₃^– + OH^–

 

II stopień hydrolizy

zapis cząsteczkowy: NaHCO₃ + H₂O ↔ H₂CO₃ + NaOH

zapis jonowy: Na⁺ + HCO₃^– + H₂O ↔ H₂CO₃ + Na⁺ + OH^–

zapis jonowy skrócony: HCO₃^– + H₂O ↔ H₂CO₃ + OH^–

 

Sole słabej zasady i mocnego kwasu

Roztwory soli słabej zasady i mocnego kwasu mają odczyn kwasowy. Zachodzi hydroliza kationowa, co oznacza, że w reakcji bierze udział kation słabej zasady.

Przykładem jest chlorek amonu, dla którego reakcja hydrolizy przebiega następująco:

CuCl₂ + 2 H₂O ↔ Cu(OH)₂ + 2 H⁺ + 2 Cl^–

Produktami reakcji są niezdysocjowany, trudnorozpuszczalny wodorotlenek miedzi (II) i dobrze zdysocjowany kwas solny. Jony OH^– wiążą się z kationami metalu, tworząc wodorotlenek. Przez to ilość wolnych kationów H⁺ przeważa nad anionami OH^– w roztworze, nadając mu odczyn kwaśny.

Przykład hydrolizy jednostopniowej

zapis cząsteczkowy: NH₄Cl + H₂O ↔ NH₄OH + HCl

zapis jonowy: NH₄⁺ + Cl^– + 2 H₂O ↔ NH₄OH + H⁺ + Cl^–

zapis jonowy skrócony: NH₄⁺ + 2H₂O ↔ NH₄OH + H⁺

Przykład hydrolizy dwustopniowej

I stopień hydrolizy

zapis cząsteczkowy:  FeCl₂ + H₂O ↔ Fe(OH)Cl + HCl

zapis jonowy: Fe²⁺ + 2 Cl^– + H₂O ↔ [Fe(OH)]⁺ + H⁺ + Cl^–

zapis jonowy skrócony: Fe²⁺ + H₂O ↔ [Fe(OH)]⁺ + H⁺

 

II stopień hydrolizy

zapis cząsteczkowy: Fe(OH)Cl + H₂O ↔ Fe(OH)₂ + HCl

zapis jonowy: Fe(OH)⁺ + Cl^– + H₂O ↔ Fe(OH)₂ + H⁺ + Cl^–

zapis jonowy skrócony:  Fe(OH)⁺  + H₂O ↔ Fe(OH)₂ + H⁺

 

Sole słabej zasady i słabego kwasu

Roztwory soli słabej zasady i słabego kwasu mają odczyn obojętny (zbliżony do obojętnego). Zachodzi hydroliza kationowo-anionowa, co oznacza, że w reakcji bierze udział kation słabej zasady i anion słabego kwasu. Sól tego typu ulega dysocjacji na słabo zdysocjowany kwas i słabo zdysocjowaną zasadę.

Przykładem jest siarczek amonu, dla którego reakcja hydrolizy przebiega następująco:

(NH₄)₂S + H₂O ↔  NH₄OH + H₂S

Produktami są słabo zdysocjowana zasada amonowa i słabo zdysocjowany kwas siarkowodorowy.  Odczyn roztworu będzie zależał od wielkości stałej dysocjacji utworzonego słabego kwasu i utworzonej słabej zasady. Może być słabo kwasowy lub słabo zasadowy, ale zbliżony do obojętnego. W uproszczeniu można też powiedzieć, że odczyn roztworu jest obojętny, ponieważ w roztworze nie ma wyraźnego nadmiaru kationów H⁺ lub anionów OH^–.

Przykład hydrolizy jednostopniowej

zapis cząsteczkowy:  HCOONH₄ + H₂O ↔ HCOOH + NH₄OH

zapis jonowy: HCOO^– + NH₄⁺ + H₂O ↔ HCOOH + NH₄OH

Przykład hydrolizy dwustopniowej

I stopień hydrolizy

zapis cząsteczkowy:  (NH₄)₂CO₃ + H₂O ↔ NH₄HCO₃ + NH₄OH

zapis jonowy: 2 NH₄⁺ + CO₃^2-+ H₂O ↔ NH₄⁺ + HCO₃^– + NH₄OH

 

II stopień hydrolizy

zapis cząsteczkowy: NH₄HCO₃ + H₂O ↔ H₂CO₃ + NH₄OH

zapis jonowy: NH₄⁺ + HCO₃^– + H₂O ↔ H₂CO₃ + NH₄OH