Հիդրոլիզ

Հիդրոլիզ (< հուն, հիդրո—ջուր և λύόις—քայքայում, տրոհում), ջրատարրալուծում, իոնափոխանակման ռեակցիա ջրի և տարբեր նյութերի միջև։

Հիդրոլիզ կոչվում է ջրի և նյութերի այն փոխազդեցությունը, որի արդյունքում նյութի բաղադրիչ մասերը միանում են ջրի բաղադրիչ մասերի հետ։

Ընդհանուր ձևով հիդրոլիզ կարելի է պատկերել $A - B + H - O H ⇄ A - H + B - O H$ հավասարմամբ, որտեղ $A B$ -ն հիդրոլիզվող նյութն է, $A H$ -ն ու $B O H$ -ը՝ հիդրոլիզի վերջնանյութերը։ Աղերի հիդրոլիզի պրոցեսում հավասարակշռությունը ենթարկվում է զանգվածների ներգործության օրենքին։ Եթե հիդրոլիզի արդյունքում առաջանում է անլուծելի կամ հեշտ ցնդող նյութ, ապա ելային աղն ամբողջովին տրոհվում է։ Մնացած դեպքերում աղերի հիդրոլիզը ընթանում է էլ ավելի լրիվ, որքան որ թույլ է աղն առաջացնող համապատասխան թթուն կամ հիմքը։

Որպես հիդրոլիզի օրինակ կարող է ծառայել ֆոսֆորի(III) քլորիդի փոխազդեցությունը ջրի հետ։ Այս փոխազդեցության արդյունքում առաջանում է ֆոսֆորային թթու և աղաթթու. $P C l_{3} + 3 H_{2} O = H_{3} P O_{3} + 3 H C l$

Հիդրոլիզի կարող են ենթարկվել տարբեր դասերի նյութեր՝ հիմքեր, աղեր և այլն։

Աղերի հիդրոլիզը^[1]

Դիտարկենք աղերի հիդրոլիզը.

Թույլ թթվի և թույլ հիմքի մասնակցությամբ ընթացքող չեզոքացման ռեակցիաները մինչև վերջ չեն ընթանում։ Սա նշանակում է, որ ինչ որ չափով ընթանում է նաև հակադարձ ռեակցիա(առաջացած աղի և ջրի փոխազդեցություն), որի արդյունքում առաջանում են հիմք և թթու։ Սա էլ հենց իրենից ներկայացնում է աղերի հիդրոլիզը։ Հիդրոլիզի ենթարկվում են այնպիսի աղեր, որոնք առաջացել են

ուժող թթվից և թույլ հիմքից
ուժեղ հիմքից և թույլ թթվից
թույլ թթվից և թույլ հիմքից

Այն աղերը, որոնք առաջացել են ուժող թթվից և ուժեղ հիմքից հիդրոլիզի չեն ենթարկվում։ Այս դեպքում չեզոքացումը բնութագրվում է հետևյալ կիսառեակցիայով. $H^{+} + O H^{-} = H_{2} O$

Իսկ հակառակ ռեակցիան՝ ջրի մոլեկուլի դիսոցումը իոնների, ընթանում է աննշան։

Դիտարկենք միավալենտ մետաղից և միահիմն թույլ թթվից առաջացած աղի հիդրոլիզը. Օրինակ վերցնենք նատրիումի ացետատը. $C H_{3} C O O N a + H_{2} O ⇄ C H_{3} C O O H + N a O H$ , կամ էլ իոնամոլեկուլային ձևով՝ $C H_{3} C O O^{-} + H_{2} O ⇄ C H_{3} C O O H + O H^{-}$

Հավասարումը ցույց է տալիս, որ այս դեպքում հիդրոլիզի ենթարկվում է աղի անիոնը, ինչը ուղեկցվում է $O H^{-}$ իոնների առաջացմամբ։ Բայց քանի որ ջրի իոնային արտադրյալը՝ $[H^{+}] [O H^{-}]$ , հաստատուն մեծություն է, ուրեմն $O H^{-}$ իոնների ավելացման հետ մեկտեղ, $H^{+}$ իոնների կոնցենտրացիան նվազում է:Հետևաբար, այն աղերի լուծույթները, որոնք առաջացել են թույլ թթվից և ուժեղ հիմքից, ունեն հիմնային ռեակցիա։ Նման կերպով, այն աղերի դեպքում, որոնք առաջացել են թույլ հիմքից և ուժեղ թթվից, հիդրոլիզի է ենթարկվում աղի կատիոնը, որի արդյունքում առաջանում են $H^{+}$ իոններ, օրինակ՝ $N H_{4} C l + H_{2} O ⇄ N H_{4} O H + H C l$ կամ ${N H_{4}}^{+} + H_{2} O ⇄ N H_{4} O H + H^{+}$

$H^{+}$ իոնների ավելացումը բերում է լուծույթում $O H^{-}$ իոնների կոնցենտրացիայի նվազման։ Այսպիսով, այն աղերի ջրային լուծույթները, որոնք առաջացել են թույլ հիիմքից և ուժեղ թթվից, ունեն թթվային միջավայր։

Վերոնշյալ օրինակներում հիդրոլիզի ենթարկվում է լուծույթում գտնվող աղի ոչ ամբողջ քանակությունը, այլ նրա մի մասը։ Այլ կերպ ասած լուծույթում հաստատվում է հավասարակշռություն աղի և նրա առաջացրած հիմքի և թթվի միջև։ Նյութի մասնաբաժինը, որը ենթարկվում է հիդրոլիզի (հիդրոլիզի աստիճան), կախված է այդ հավասարակշռության հաստատունից, ինչպես նաև ջերմաստիճանից և աղի կոնցենտրացիայից։

Ենթադրենք հիդրոլիզի ռեակցիայի հավասարումն ունի հետևյալ տեսքը. $M A + H_{2} O ⇄ H A + M O H$

Այս ռեակցիայի հավասարակշռության հաստատունն ունի հետևյալ տեսքը՝ $K = [H A] [M O H] / [M A] [H_{2} O]$

Նոսր լուծույթներում ջրի կոնցենտրացիան իրենից ներկայացնում է հաստատուն մեծություն, նշանակելով $K [H_{2} O] = K$ _հ, կստանանք՝ $K_{h} = [H A] [M O H] / [M A]$

$K_{h}$ մեծությունը կոչվում է աղի հիդրոլիզի հաստատուն։ Սրա արժեքը բնութագրում է աղի՝ հիդրոլիզի ենթարկվելու ունակությունը. որքան մեծ է $K_{h}$ այնքան ավելի խորությամբ է տեղի ունենում հիդրոլիզը (միևնույն ջերմաստիճանի և ճնշման պայմաններում)։

Այն աղերի դեպքում, որոնք առաջացել են թույլ թթվից և ուժեղ հիմքից, հիդրոլիզի հաստատունը կապված է թթվի դիսոցման հաստատունից (K_թթու) հետևյալ բանաձևով՝ $K_{h} = K (H_{2} O) / K$ (թթու)

Այս հավասարումը ցույց է տալիս, որ ինչքան մեծ է K_h, այնքան փոքր է K(թթու)։ Այլ կերպ ասած՝ որքան թույլ է թթուն, այնքան ավելի խորությամբ է ընթանում նրա առաջացրած աղերի հիդրոլիզը։

Այն աղերի համար, որոնք առաջացել են թույլ հիմքից և ուժեղ թթվից, նման հարաբերությամբ կապվում են հիդրոլիզի հաստատունը և հիմքի դիսոցման հաստատունը՝ K_հիմք։

$K_{h} = K (H_{2} O) / K$ (հիմք)

Այս պատճառով, որքան թույլ է հիմքը, այնքան ավելի խորությամբ է ընթանում նրա առաջացրած աղի հիդրոլիզը։

Թույլ թթվից և թույլ հիմքից առաջացած աղերի դեպքում հիդրոլիզի հաստատունը կապվում է հիմքի և թթվի դիսոցման հաստատունների հետ հետևյալ բանաձևով. $K_{h} = K (H_{2} O) / K$ (թթու)* $K$ (հիմք)^[1]

Աղերի հիդրոլիզի պրոցեսում հավասարակշռությունը ենթարկվում է զանգվածների ներգործության օրենքին։ Եթե հիդրոլիզի արդյունքում առաջանում է անլուծելի կամ հեշտ ցնդող նյութ, ապա ելային աղն ամբողջովին տրոհվում է։ Մնացած դեպքերում աղերի հիդրոլիզ ընթանում է էլ ավելի լրիվ, որքան որ թույլ է աղն առաջացնող համապատասխան թթուն կամ հիմքը։ Թույլ թթվից և ուժեղ հիմքից գոյացած աղի (օրինակ, $K C N$ -ի) հիդրոլիզի դեպքում լուծույթը կունենա հիմնային ռեակցիա։ Դա բացատրվում է նրանով, որ թույլ թթվի անիոնը մասնակիորեն կապում է ջրի դիսոցմամբ առաջացած $H^{+}$ իոնները, և լուծույթում մնում է $O H^{-}$ իոնների ավելցուկ՝ $K^{+} + C N^{+} + H O H ⇄ H C N + K^{+} + O H^{-}$ ։ Ուժեղ թթվից և թույլ հիմքից գոյացած աղի (օրինակ, $N H_{4} C l$ ) լուծույթն ունի թթվային ռեակցիա $({N H_{4}}^{+} + C l^{-} + H O H ⇄ N H_{4} O H + H^{+} + C l^{-})$ ։ Եթե աղի կատիոնի (կամ անիոնի) լիցքը մեկից մեծ է, ապա հիդրոլիզը հաճախ բերում է թթու (կամ հիմնային) աղերի առաջացմանը՝ $C u C l_{2} \to C u (O H) C l \to C u (O H)_{2}$ ։ Աղերի հիդրոլիզը քանակապես բնութագրող հիդրոլիզի աստիճանը ( $α$ ) որոշվում է լուծույթում մոլեկուլների հիդրոլիզված մասի կոնցենտրացիայի և տվյալ աղի ընդհանուր կոնցենտրացիայի հարաբերությամբ։ Շատ դեպքերում $α$ -ն մեծ չէ։ Այսպես, նատրիումի քացախատի՝ $C H_{3} C O O N a$ և ամոնիումի քացախատի՝ $C H_{3} C O O N H_{4}$ 0,1 մոլյարանոց լուծույթներում, 25 °C-ում $α$ -ն համապատասխանաբար հավասար է 0,01% և 0,5%։ Ջերմաստիճանը բարձրացնելիս և լուծույթը նոսրացնելիս $α$ -ն մեծանում է։ Հիդրոլիզով է պայմանավորված բուֆերային համակարգերի գոյությունը։ Այդպիսի լուծույթներն ունեն ֆիզիոլոգիական կարևոր նշանակություն, որովհետև $H^{+}$ իոնների հաստատուն կոնցենտրացիան անհրաժեշտ է օրգանիզմի բնականոն կենսագործունեության համար։ Աղերի հիդրոլիզի հետ են կապված նաև երկրակեղևի երկրաբանական մի շարք փոփոխությունները, միներալների առաջացումը, բնական ջրի և հողի ձևավորումը։