Степента и константата на хидролизата

Ако разгледаме двете основни области на химическата наука, неорганичната и органичната химия, се оказва, че няма да намерите в тях твърде много точки на контакт. Но има един процес в един наистина глобален мащаб, който съчетава неорганични и органични вещества. Това е процесът на хидролиза.

Водата е универсален разтворител

Хидролизата е взаимодействието на вещества с вода, в която съставните части на химичните съединения образуват продукти на реакцията с водородни йони и хидроксилни групи на молекулите на Н ₂ О. Като се има предвид, че 79% от планетата и до 80% от масата на всички живи организми са вода, става ясно, че реакцията хидролизата обхваща всички прояви на естествените процеси, започвайки с разрушаването на скалите и завършвайки с метаболизъм на всичките седем нива на организация на живата материя, вариращи от молекулярна до биосферна.

Математически език на хидролизата

Колкото по-сложен е химичният процес, толкова по-голям е броят на формулите и изчисленията, от които се нуждае. За двата вида обменни реакции на веществата с вода, както в органичната, така и в неорганичната химия, се използват математически стойности - това е степента и константата на хидролизата, обозначени като α _g и K _g. нишесте, хидролиза на дървесина, осапунване на мазнини.

Каква е степента на хидролиза

Колкото по-бързо веществото взаимодейства с водата, толкова по-хидролизирани молекули ще бъдат в такова решение. Съотношението на техния брой към общия брой на частиците на химичното съединение в разтвор се нарича степен на хидролиза. В неорганичната химия, обикновено се обозначава като h, в органичен αg. Тя се изразява в части от единица или като процент. Например, ако 2 mol от веществото е разтворено във вода и 0.01 mol е хидролизиран, тогава h = 0.01 / 2 = 0.005 или 0.5%.

Константа на хидролиза

Тази стойност показва способността на веществото да се хидролизира. Колкото е по-високо, толкова по-бързо молекулите на разтвореното вещество взаимодействат с водородните йони и хидроксилните групи вода. Той е обозначен като K _g , изразът за константата на хидролизата може да бъде представен с формулата:

където: K _w е йонният продукт на вода [Н ⁺ ] * [ОН-];

K _d - константата на дисоциация (разцепване) на разтвореното вещество.

за органични съединения степента и константата на хидролизата са свързани с формулата:

когато:

Kg - постоянна хидролиза.

С е йонната концентрация на разтвореното вещество.

αg - степента на хидролиза.

Особености на хидролизата на органични съединения

Реакциите на обмен с вода в протеини, въглехидрати и мазнини са многостепенни и трудни. Следователно, константата на хидролизата, формулата на която е:

където: С е концентрацията на разтвореното вещество (mol / l).

αg - степента на хидролиза, също ще зависи от природата на катализатора (ензима), неговата активност и температурата на разтвора.

Например в технологичния процес на обменни реакции на целулоза с вода специалистите изчисляват всички параметри, основните от които са константата на хидролизата и константата на скоростта на хидролизата. За последната стойност такива компоненти се въвеждат като: α– относителна активност на катализатора, N - нейната нормалност, т.е. концентрация, b - способност за целулоза да хидролизира, и λ - индикатор, характеризиращ зависимостта на скоростта на реакцията от температурата на водата: k = α * N b * λ

В реакциите на хидролиза на мазнини инженерите по химичен процес отчитат неговата обратимост. За да се измести равновесието надясно, в посоката на образуване на желаните продукти, например, глицерол, алкалите се използват в промишления синтез. В този случай хидролизата на мазнините се осъществява почти до края: натриеви хидроксиди или калий конвертират многоосновни карбоксилни киселини, които се образуват в сол и така предотвратяват преминаването на обратната реакция на образуване на мазнини. Подобен метод се използва, когато водата разлага естерите в реакцията на осапунване. Чрез увеличаване на концентрацията на хидроксидни йони и разреждане на реакционната смес, те увеличават степента на хидролиза на а, а оттам и добива на реакционните продукти на алкохолите и органичните киселини.

Разграждане на неорганични вещества с вода

От практическо значение са реакциите на хидролиза на химични съединения, принадлежащи към класа на солите. Известно е, че те са продукти от обмена между киселини и основи. Така, тяхната хидролиза ще зависи точно от това какви хидроксиди и киселини образуват соли. И ключът тук ще бъде концепцията на теорията за електролитна дисоциация за силата на електролитите. Постоянна и степенна хидролиза на сол също ще варира в зависимост от състава на йоните, образуващи техните молекули.

Защо рН на солите е различно

Експериментите показват, че разтвори на различни соли могат да бъдат кисели (рН <7), неутрални (рН = 7), или алкални (рН> 7), въпреки че в молекулите им няма водородни или хидроксилни йони. Обяснение на тези противоречия трябва да се търси в процеса на реакцията им с вода:

Сол + вода <=> киселина + основа.
Това равновесие съответства на константата на хидролизата:

където: ON е киселина,
PWS - Фондация
МА е сол.
Въз основа на факта, че концентрацията на водата в разредени разтвори е постоянна, константата на хидролиза ще бъде:
Опростявайки първата формула, получаваме стойността:
Това е постоянната хидролиза на соли - Kg. Неговата стойност характеризира способността на веществото да се разложи с вода, колкото е по-голямо, толкова по-бързо (при същата температура и концентрация на солта) реакцията протича. Тъй като константата на хидролизата, чиято формула е Kg = [OH] × [MA], концентрацията на хидроксилни йони ще бъде:
За повечето соли хидролизата е обратим процес. Стойността на α се влияе от температурата и концентрацията на солевия разтвор. Колкото по-високи са двата параметъра, толкова по-голяма е степента и константата на хидролизата. Това се дължи на факта, че при нагряване Cn + и Son- рязко се увеличават. Увеличаването на концентрацията на водата, както се вижда от уравнението на хидролизата, измества равновесието надясно. В действителните химически процеси обаче е доказано, че h солите, образувани от слаба киселина и основа, не зависят от разреждането на разтвора.

Степента на хидролиза и TED

В светлината на теорията електролитна дисоциация равновесието на процеса на хидролиза зависи от вече известната ни h или αg стойност - степента на хидролиза. Ако сол на слаба киселина се разлага с вода, например Na2C03 или K2S, тогава
Реакционните разтвори на такива соли ще бъдат алкални. Може да се определи с помощта на безцветен индикатор на фенолфталеин, който с излишък от хидроксилни йони става червено. Лилавият лакмус в алкален разтвор придобива син цвят, а метилов оранжев става жълт. Натриев карбонат, като силен електролит, когато се разтвори във вода, той напълно дисоциира в метални катиони и аниони на киселинен остатък. Последните взаимодействат с водородните йони и хидроксигрупите.

Натриевите катиони не могат да свързват OH-йони с молекули на натриев хидроксид, тъй като той е силен електролит и никога не присъства като молекула в разтвор. В същото време карбонатните йони се свързват с Н +, за да образуват слаб електролит - въглеродна киселина - докато в разтвора се установи равновесие.
По време на хидролизата на соли на слаби основи AlCl3, FeSO4:
Реакцията на разтворите на такива соли ще бъде кисела, рН е по-малко от 7. В този случай се образува слаб електролит Al (OH) 3. Част от водородните йони, оставайки свободни, причиняват подкиселяването на разтвора: лакмусният индикатор намалява това, като променя виолетовия цвят на червено. В резултат на това йонното равновесие на дисоциация на вода се измества и се образува излишък от водородни йони.

Ако соли на слаба основа и слаба киселина (NH4) CH3COO, NH4CN влизат в обменна реакция с вода, тогава
Разтворите на такива соли се хидролизират особено лесно и тяхното рН ще зависи от степента на дисоциация на киселина и основа. Ако концентрацията на йони на Н + е по-голяма, тогава рН ще бъде по-малко от 7. При излишък от хидроксид, рН по-голямо от 7, а в случай на приблизително същото количество, разтворът ще стане неутрален. По този начин, хидролизата на солите се случва, когато техните йони, които се образуват в резултат на електролитна дисоциация, са начини за образуване на слаба вода (нискодисоциирани електролити).
Също така добавяме следното: Константата на солната хидролиза, определена от тази формула, показва, че законът Оствалд, който има формата:

приложими не само за електролитна дисоциация, но и за процеса на разлагане на веществата с вода. Ако солта се образува от силна основа и силна киселина, тя не се хидролизира във водни разтвори, тъй като не се образува слаб електролит. Това означава, че четири вида йони са постоянно присъстващи в разтвора в свободното състояние: това са метални и водородни катиони и аниони на хидроксилни групи и киселинни остатъци. За решения на такива соли е невъзможно да се напише съкратено йонно уравнение и цялата реакция се свежда до образуването на водни молекули.

Изчисление на амониев хлорид за хидролиза

За да определите тази стойност със слаба основа и силна киселина, използвайте отношението:
където: Kw - продукт на вода;
COSN е дисоциационната константа на NH4OH основа, образувана по време на хидролиза.
Тогава постоянната хидролиза на амониев хлорид ще бъде равна на:

Това доказва, че когато се хидролизира, разтворът на тази сол е кисел.