چگونه معادله هیدرولیز نمک ها را بنویسیم؟ این موضوع اغلب برای فارغ التحصیلان دبیرستانی که شیمی را برای امتحان انتخاب می کنند، مشکلاتی ایجاد می کند. بیایید انواع اصلی هیدرولیز را تجزیه و تحلیل کنیم، قوانین را برای تدوین معادلات مولکولی و یونی در نظر بگیریم.
تعریف
هیدرولیز واکنشی بین یک ماده و آب است که با ترکیب اجزای ماده اصلی با آن همراه است. این تعریف نشان می دهد که این فرآیند نه تنها در مواد معدنی اتفاق می افتد، بلکه ویژگی ترکیبات آلی نیز می باشد.
برای مثال، معادله واکنش هیدرولیز برای کربوهیدرات ها، استرها، پروتئین ها، چربی ها نوشته شده است.
مقدار هیدرولیز
کلیه فعل و انفعالات شیمیایی که در فرآیند هیدرولیز مشاهده می شود در صنایع مختلف استفاده می شود. به عنوان مثال، این فرآیند برای حذف ناخالصی های درشت و کلوئیدی از آب استفاده می شود. برای این منظور از رسوبات خاصی از هیدروکسیدهای آلومینیوم و آهن استفاده می شود که از هیدرولیز سولفات ها و کلریدهای این فلزات به دست می آید.
چه اهمیتی داردهیدرولیز؟ معادله این فرآیند نشان می دهد که این واکنش اساس فرآیندهای گوارشی همه موجودات زنده است. بخش اصلی انرژی مورد نیاز بدن به عنوان ATP متمرکز است. آزاد شدن انرژی به دلیل فرآیند هیدرولیز امکان پذیر است که ATP در آن شرکت می کند.
ویژگی های فرآیند
معادله مولکولی هیدرولیز نمک به عنوان یک واکنش برگشت پذیر نوشته شده است. بسته به اینکه نمک معدنی از کدام باز و اسید تشکیل شده است، گزینه های مختلفی برای روند این فرآیند وجود دارد.
نمک هایی که تشکیل می شوند وارد چنین فعل و انفعالی می شوند:
- هیدروکسید ملایم و اسید فعال (و بالعکس)؛
- اسید فرار و باز فعال.
شما نمی توانید معادله هیدرولیز یونی را برای نمک هایی که توسط اسید و باز فعال تشکیل می شوند بنویسید. دلیل آن این است که ماهیت خنثی سازی به تشکیل آب از یون ها می رسد.
ویژگی فرآیند
چگونه می توان هیدرولیز را توصیف کرد؟ معادله این فرآیند را می توان در مثال نمکی در نظر گرفت که توسط یک فلز تک ظرفیتی و یک اسید مونوبازیک تشکیل شده است.
اگر یک اسید به صورت HA و یک باز MON نشان داده شود، نمکی که آنها تشکیل می دهند MA است.
چگونه می توان هیدرولیز نوشت؟ معادله به شکل مولکولی و یونی نوشته شده است.
برای محلول های رقیق، از ثابت هیدرولیز استفاده می شود که به عنوان نسبت تعداد مول ها تعریف می شود.نمک های دخیل در هیدرولیز، به تعداد کل آنها. مقدار آن بستگی به اسید و باز تشکیل دهنده نمک دارد.
هیدرولیز آنیون
چگونه معادله هیدرولیز مولکولی را بنویسیم؟ اگر نمک حاوی یک هیدروکسید فعال و یک اسید فرار باشد، نتیجه برهمکنش یک نمک قلیایی و یک نمک اسیدی خواهد بود.
معمولی فرآیند کربنات سدیم است که یک نمک قلیایی و اسیدی تولید می کند.
با توجه به اینکه محلول حاوی آنیون های گروه هیدروکسیل است، محلول قلیایی است، آنیون هیدرولیز می شود.
مثال فرآیند
چگونه چنین هیدرولیز را یادداشت کنیم؟ معادله فرآیند برای سولفات آهن (2) تشکیل اسید سولفوریک و سولفات آهن (2) را فرض می کند.
محلول اسیدی است که توسط اسید سولفوریک ایجاد می شود.
هیدرولیز کل
معادلات مولکولی و یونی برای هیدرولیز نمک ها که توسط یک اسید غیرفعال و همان باز تشکیل می شوند، تشکیل هیدروکسیدهای مربوطه را نشان می دهد. به عنوان مثال، برای سولفید آلومینیوم که توسط هیدروکسید آمفوتریک و اسید فرار تشکیل می شود، محصولات واکنش هیدروکسید آلومینیوم و سولفید هیدروژن خواهد بود. راه حل خنثی است.
توالی اعمال
الگوریتم خاصی وجود دارد که به دنبال آن دانش آموزان دبیرستانی قادر خواهند بود نوع هیدرولیز را به دقت تعیین کنند، واکنش محیط را شناسایی کنند و همچنین محصولات واکنش در حال انجام را ثبت کنند. ابتدا باید نوع آن را مشخص کنیدفرآیند تفکیک مداوم نمک را پردازش و ثبت کنید.
به عنوان مثال، برای سولفات مس (2)، تجزیه به یون ها با تشکیل یک کاتیون مس و یک آنیون سولفات همراه است.
این نمک توسط یک باز ضعیف و یک اسید فعال تشکیل می شود، بنابراین این فرآیند در امتداد کاتیون (یون ضعیف) انجام می شود.
بعد، معادله مولکولی و یونی فرآیند در حال انجام نوشته شده است.
برای تعیین واکنش محیط، لازم است یک نمای یونی از فرآیند در حال انجام ایجاد شود.
محصولات این واکنش عبارتند از: هیدروکسوسولفات مس (2) و اسید سولفوریک، بنابراین محلول با واکنش اسیدی محیط مشخص می شود.
هیدرولیز در میان واکنش های مختلف تبادلی جایگاه ویژه ای دارد. در مورد نمک ها، این فرآیند را می توان به عنوان یک برهمکنش برگشت پذیر یون های یک ماده با پوسته هیدراتاسیون نشان داد. بسته به قدرت این ضربه، فرآیند می تواند با شدت های متفاوتی ادامه یابد.
پیوندهای گیرنده دهنده بین کاتیون ها و مولکول های آب ظاهر می شود که آنها را هیدراته می کند. اتم‌های اکسیژن موجود در آب به‌عنوان یک اهداکننده عمل می‌کنند، زیرا جفت‌های الکترونی مشترک دارند. پذیرنده ها کاتیون هایی خواهند بود که دارای اوربیتال های اتمی آزاد هستند. بار کاتیون اثر قطبش آن را بر روی آب تعیین می کند.
یک پیوند هیدروژنی ضعیف بین آنیون ها و دوقطبی های HOH تشکیل می شود. با عملکرد قوی آنیون ها، جدا شدن کامل از مولکول پروتون امکان پذیر است که منجر به تشکیل اسید یا آنیون از نوع HCO3‾ می شود. هیدرولیز یک فرآیند برگشت پذیر و گرماگیر است.
انواع تاثیر بر نمکمولکول های آب
همه آنیون ها و کاتیون ها، با بارهای ناچیز و اندازه های قابل توجه، اثر قطبی اندکی روی مولکول های آب دارند، بنابراین عملاً هیچ واکنشی در محلول آبی وجود ندارد. به عنوان نمونه ای از این کاتیون ها می توان به ترکیبات هیدروکسیل که قلیایی هستند اشاره کرد.
بیایید فلزات گروه اول زیرگروه اصلی جدول D. I. مندلیف را جدا کنیم. آنیون هایی که الزامات را برآورده می کنند، بقایای اسیدی اسیدهای قوی هستند. نمک هایی که توسط اسیدهای فعال و قلیاها تشکیل می شوند، تحت فرآیند هیدرولیز قرار نمی گیرند. برای آنها، فرآیند تفکیک را می توان به صورت زیر نوشت:
H2O=H+ + OH‾
محلول های این نمک های معدنی دارای محیط خنثی هستند، بنابراین در هنگام هیدرولیز، تخریب نمک ها مشاهده نمی شود.
برای نمک های آلی که از آنیون اسید ضعیف و کاتیون قلیایی تشکیل می شوند، هیدرولیز آنیون مشاهده می شود. به عنوان نمونه ای از چنین نمکی، استات پتاسیم CH3COOK را در نظر بگیرید.
اتصال CH3COOCOO- یون استات با پروتون های هیدروژن در مولکول های اسید استیک، که یک الکترولیت ضعیف است، مشاهده می شود. در محلول، تجمع مقدار قابل توجهی یون هیدروکسید مشاهده می شود که در نتیجه واکنش قلیایی محیط را به دست می آورد. هیدروکسید پتاسیم یک الکترولیت قوی است، بنابراین نمی توان آن را متصل کرد، pH > 7.
معادله مولکولی فرآیند در حال انجام:
CH3SOOK + H2O=KOH +CH3UN
برای درک ماهیت برهمکنش بین مواد، لازم است یک معادله یونی کامل و کاهش یافته بسازیم.
نمک
Na2S نمک با فرآیند گام به گام هیدرولیز مشخص می شود. با توجه به اینکه نمک توسط یک قلیایی قوی (NaOH) و اسید ضعیف دوبازیک (H2S) تشکیل می شود، اتصال آنیون سولفید توسط پروتون های آب و تجمع گروه های هیدروکسیل در محلول مشاهده می شود. در شکل مولکولی و یونی، این فرآیند به این صورت خواهد بود:
Na2S + H2O=NaHS + NaOH
گام اول. S2− + HON=HS− + OH−
گام دوم. HS− + HON=H2S + OH−
علی رغم امکان هیدرولیز دو مرحله ای این نمک در شرایط عادی، مرحله دوم عملاً ادامه نمی یابد. دلیل این پدیده تجمع یون های هیدروکسیل است که به محلول یک محیط قلیایی ضعیف می دهد. این به تغییر در تعادل شیمیایی طبق اصل Le Chatelier کمک می کند و باعث واکنش خنثی می شود. در این راستا، هیدرولیز نمک هایی که توسط قلیایی و اسید ضعیف ایجاد می شوند، می توانند با مقدار زیاد قلیایی سرکوب شوند.
بسته به اثر قطبی آنیون ها، می توان بر شدت هیدرولیز تأثیر گذاشت.
برای نمک های حاوی آنیون های اسید قوی و کاتیون های باز ضعیف، هیدرولیز کاتیونی مشاهده می شود. به عنوان مثال، فرآیند مشابهی را می توان روی کلرید آمونیوم در نظر گرفت. فرآیند را می توان به صورت زیر نشان دادفرم:
معادله مولکولی:
NH4CL + H2O=NH4OH + HCL
معادله یونی کوتاه:
NH4++HOH=NH4OH + H +
به دلیل تجمع پروتون ها در محلول، محیط اسیدی در آن ایجاد می شود. برای انتقال تعادل به سمت چپ، یک اسید به محلول وارد می شود.
برای نمکی که توسط یک کاتیون و آنیون ضعیف تشکیل شده است، دوره هیدرولیز کامل معمول است. برای مثال، هیدرولیز استات آمونیوم CH3COONH4 را در نظر بگیرید. در شکل یونی، برهمکنش به شکل زیر است:
NH4+ + CH3COO−+ HOH=NH4OH + CH3COOH
در نتیجه
بسته به اینکه نمک از کدام اسید و باز تشکیل می شود، فرآیند واکنش با آب تفاوت های خاصی دارد. به عنوان مثال، هنگامی که نمک توسط الکترولیت های ضعیف تشکیل می شود و هنگامی که آنها با آب برهم کنش دارند، محصولات فرار تشکیل می شوند. هیدرولیز کامل دلیل عدم امکان تهیه برخی محلول های نمکی است. به عنوان مثال، برای سولفید آلومینیوم، می توانید فرآیند را به صورت زیر بنویسید:
Al2S3 + 6H2O=2Al(OH) 3↓ + 3H2S↑
چنین نمکی را فقط می توان با "روش خشک" به دست آورد، با استفاده از حرارت دادن مواد ساده طبق این طرح:
2Al + 3S=Al2S3
برای جلوگیری از تجزیه سولفید آلومینیوم، لازم است آن را در ظروف دربسته نگهداری کنید.
در برخی موارد، فرآیند هیدرولیز بسیار دشوار است، بنابراین مولکولیمعادلات این فرآیند شکل شرطی دارند. برای ایجاد مطمئن محصولات تعامل، انجام مطالعات ویژه ضروری است.
برای مثال، این برای مجتمع های چند هسته ای آهن، قلع، بریلیم معمولی است. بسته به جهتی که این فرآیند برگشت‌پذیر باید در آن جابجا شود، می‌توان یون‌هایی به همین نام اضافه کرد، غلظت و دمای آن را تغییر داد.
