Гидролиз

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Гидро́лиз (от др.-греч. ὕδωρ — вода + λύσις — разложение) — один из видов химических реакций сольволиза, где при взаимодействии веществ с водой происходит разложение исходного вещества с образованием новых соединений. Механизм гидролиза соединений различных классов: соли, углеводы, белки, сложные эфиры, жиры и др. имеет существенные различия.

Гидролиз солей[править | править вики-текст]

Гидролиз солей — разновидность реакций гидролиза, обусловленного протеканием реакций ионного обмена в растворах (преимущественно, водных) растворимых солей-электролитов. Движущей силой процесса является взаимодействие ионов с водой, приводящее к образованию слабого электролита в ионном или (реже) молекулярном виде («связывание ионов»).

Различают обратимый и необратимый гидролиз солей[1]:

  • 1. Гидролиз соли слабой кислоты и сильного основания (гидролиз по аниону):
\mathsf{CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^- + OH^-}
\mathsf{Na_2CO_3 + H_2O \rightleftharpoons NaHCO_3 + NaOH}

(раствор имеет слабощелочную среду, реакция протекает обратимо, гидролиз по второй ступени протекает в ничтожной степени)

  • 2. Гидролиз соли сильной кислоты и слабого основания (гидролиз по катиону):
\mathsf{Cu^{2+} + H_2O \rightleftharpoons CuOH^+ + H^+}
\mathsf{CuCl_2 + H_2O \rightleftharpoons CuOHCl + HCl}

(раствор имеет слабокислую среду, реакция протекает обратимо, гидролиз по второй ступени протекает в ничтожной степени)

  • 3. Гидролиз соли слабой кислоты и слабого основания:
\mathsf{2Al^{3+} + 3S^{2-} +6H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3\downarrow + 3H_2S\uparrow}
\mathsf{Al_2S_3 +6H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3\downarrow + 3H_2S\uparrow}

(равновесие смещено в сторону продуктов, гидролиз протекает практически полностью, так как оба продукта реакции уходят из зоны реакции в виде осадка или газа).

Степень гидролиза[править | править вики-текст]

Под степенью гидролиза понимается отношение количества (концентрации) соли, подвергающейся гидролизу, к общему количеству (концентрации) растворенной соли. Обозначается α (или hгидр);
α = (cгидр/cобщ)·100 %
где cгидр — число молей гидролизованной соли, cобщ — общее число молей растворённой соли.
Степень гидролиза соли тем выше, чем слабее кислота или основание, её образующие.

Является количественной характеристикой гидролиза.

Константа гидролиза[править | править вики-текст]

Константа гидролиза — константа равновесия гидролитической реакции. Так константа гидролиза соли равна отношению произведения равновесных концентраций продуктов реакции гидролиза к равновесной концентрации соли с учетом стехиометрических коэффициентов.

В качестве примера ниже приводится вывод уравнения константы гидролиза соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием:

NaNO_2 + H_2O \rightleftharpoons HNO_2 + NaOH

NO_2^- + H_2O \rightleftharpoons HNO_2 + OH^-

Уравнение константы равновесия для данной реакции имеет вид:

\frac{[OH^-][HNO_2]}{[NO_2^-][H_2O]}=K    или    \frac{[OH^-][HNO_2]}{[NO_2^-]}=K[H_2O]

Так как концентрация молекул воды в растворе постоянна, то произведение двух постоянных ~K[H_2O] можно заменить одной новой — константой гидролиза:

\frac{[OH^-][HNO_2]}{[NO_2^-]}=K[H_2O]=K_\Gamma

Численное значение константы гидролиза получим, используя ионное произведение воды ~K_{H_2O} и константу диссоциации азотистой кислоты ~K_{HNO_2}:

[H^+][OH^-]=K_{H_2O}

[OH^-]=K_{H_2O}/[H^+]

подставим в уравнение константы гидролиза:

\frac{K_{H_2O}[HNO_2]}{[H^+][NO_2^-]}=\frac{K_{H_2O}}{K_{HNO_2}}=K_\Gamma

В общем случае для соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием:

K_\Gamma=\frac{K_{H_2O}}{K_a}, где K_a — константа диссоциации слабой кислоты, образующейся при гидролизе

Для соли, образованной сильной кислотой и слабым основанием:

K_\Gamma=\frac{K_{H_2O}}{K_b}, где K_b — константа диссоциации слабого основания, образующегося при гидролизе

Для соли, образованной слабой кислотой и слабым основанием:

K_\Gamma=\frac{K_{H_2O}}{K_aK_b}

Гидролиз органических веществ[править | править вики-текст]

Живые организмы осуществляют гидролиз различных органических веществ в ходе реакций катаболизма при участии ферментов. Например,в ходе гидролиза при участии пищеварительных ферментов белки расщепляются на аминокислоты, жиры — на глицерин и жирные кислоты, полисахариды (например, крахмал и целлюлоза) — на моносахариды (например, на глюкозу), нуклеиновые кислоты — на свободные нуклеотиды.

При гидролизе жиров в присутствии щёлочей получают мыло; гидролиз жиров в присутствии катализаторов применяется для получения глицерина и жирных кислот. Гидролизом древесины получают этанол, а продукты гидролиза торфа находят применение в производстве кормовых дрожжей, воска, удобрений и др.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Приведённые ниже для 1 и 2 случая молекулярные уравнения имеют исключительно условный характер, поскольку вещества-электролиты в водном растворе находятся в ионном виде