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+ + CO32- + H2O ↔ Na+ + HCO3 + Na+ + OH

zapis jonowy skrócony: CO32- + 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+ + CO32-+ H2O ↔ NH4+ + HCO3 + NH4OH

 

II stopień hydrolizy

zapis cząsteczkowy: NH4HCO3 + H2O ↔ H2CO3 + NH4OH

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