Stupeň a konstanta hydrolýzy

Pokud vezmeme v úvahu dvě hlavní oblasti chemické vědy, anorganické a organické chemie, ukáže se, že v nich nenajdete příliš mnoho kontaktních míst. Existuje však jeden proces na skutečně globálním měřítku, který kombinuje anorganickou a organickou hmotu. Toto je proces hydrolýzy.

Voda je univerzální rozpouštědlo

Hydrolýza je interakce látek s vodou, v níž tvoří součásti chemických sloučenin reakční produkty s vodíkovými ionty a hydroxylovými skupinami molekul H2O. Vzhledem k tomu, že 79% planety a až 80% hmotností všech živých organismů je voda, je zřejmé, že reakce hydrolýza pokrývá všechny projevy přirozených procesů, počínaje ničením hornin a ukončením metabolismu na všech sedmi úrovních organizace živé hmoty, od molekulárních až po biosférické.

Matematický jazyk hydrolýzy

Čím komplexnější je chemický proces, tím větší je počet vzorců a výpočtů, které vyžaduje. Pro oba typy výměnných reakcí látek s vodou jak v organické, tak v anorganické chemii se používají matematické hodnoty - to je stupeň a konstanta hydrolýzy označená jako α _g a K _g. Jejich hodnoty jsou počítány a používány v technologických procesech organické syntézy, například při sacharifikaci škrob, hydrolýza dřeva, zmýdelnění tuků.

Jaký je stupeň hydrolýzy

Čím rychleji látka interaguje s vodou, tím více hydrolyzovaných molekul bude v takovém řešení. Poměr jejich počtu k celkovému počtu částic chemické sloučeniny v roztoku se nazývá stupeň hydrolýzy. V anorganické chemii se obvykle označuje jako h, v organické α _g . Je vyjádřena v částech jednotky nebo v procentech. Například pokud se 2 mol látky rozpustí ve vodě a 0,01 mol se hydrolyzuje, pak h = 0,01 / 2 = 0,005 nebo 0,5%.

Konstanta hydrolýzy

Tato hodnota označuje schopnost látky hydrolyzovat. Čím vyšší je, tím rychleji interagují molekuly rozpuštěné látky s vodíkovými ionty a hydroxylovými skupinami vody. Je označen jako K _g , výraz pro konstanta hydrolýzy může být reprezentován vzorcem:

kde: K _w je iontový produkt vody [H ⁺ ] * [OH ^- ];

K _d - disociační konstanta (štěpení) rozpuštěné látky.

Pro organických sloučenin stupeň a konstanta hydrolýzy souvisí se vzorcem:

kde:

K _g - konstantní hydrolýza.

C je iontová koncentrace rozpuštěné látky.

α _g - stupeň hydrolýzy.

Vlastnosti hydrolýzy organických sloučenin

Výměna reakcí s vodou v bílkovinách, sacharidech a tucích je vícenásobná a obtížná. Proto konstanta hydrolýzy, jejíž vzorec je:

kde: C je koncentrace rozpuštěné látky (mol / l).

a _g - stupeň hydrolýzy závisí také na povaze katalyzátoru (enzymu), jeho účinnosti a teplotě roztoku.

Například v technologickém procesu výměnných reakcí celulózy s vodou odborníci vypočítají všechny parametry, z nichž hlavní jsou konstanta hydrolýzy a konstanta rychlosti hydrolýzy. Pro druhou hodnotu jsou tyto složky zavedeny jako: α - relativní aktivita katalyzátoru, N - její normálnost, tj. Koncentrace, b - schopnost hydrolyze celulózy a λ - indikátor charakterizující závislost reakční rychlosti na teplotě vody: k = α * N * b * λ

Při reakcích hydrolýzy tuků zohledňují inženýři chemických procesů jeho reverzibilitu. Aby se rovnováha posunula napravo, ve směru tvorby požadovaných produktů se například používá v průmyslové syntéze glycerol, alkálie. V tomto případě dochází k hydrolýze tuků téměř ke konci: hydroxidy sodíku nebo draslíkové přebytečné polybázické karboxylové kyseliny, které se tvoří ve slané formě a zabraňují tak průchodu zpětné reakce tvorby tuku. Podobná metoda se používá, když voda rozkládá estery v saponifikační reakci. Zvýšením koncentrace hydroxidových iontů a zředěním reakční směsi zvyšuje stupeň hydrolýzy α, a tím i výtěžek reakčních produktů alkoholů a organických kyselin.

Vodní rozklad anorganických látek

Z praktického hlediska jsou důležité reakce hydrolýzy chemických sloučenin patřících do skupiny solí. Oni jsou známí být produkty výměny mezi kyselinami a základy. Takže jejich hydrolýza bude záviset na tom, jaké kyseliny a hydroxidy tvoří soli. A klíčem bude koncept teorie elektrolytické disociace o síle elektrolytů. Konstanta a stupeň hydrolýza soli bude také záviset na složení iontů tvořících jejich molekuly.

Proč je pH solí odlišné

Experimenty ukazují, že roztoky různých solí mohou být kyselé (pH <7), neutrální (pH = 7) nebo alkalické (pH> 7), i když ve svých molekulách nejsou žádné vodíkové nebo hydroxylové ionty. Vysvětlení těchto rozporů je třeba hledat v procesu jejich reakce s vodou:

Sůl + voda <=> kyselina + báze.
Tato rovnováha odpovídá konstantě hydrolýzy:

kde: ON je kyselina,
PWS - nadace
MA je sůl.
Na základě skutečnosti, že koncentrace vody ve zředěných roztocích je konstantní, konstanta hydrolýzy bude:
Zjednodušením prvního vzorce získáme hodnotu:
Jedná se o konstantní hydrolýzu solí - Kg. Jeho hodnota charakterizuje schopnost látky rozkládat se vodou, čím větší je, tím rychleji (při stejné teplotě a koncentraci soli) dochází k reakci. Protože konstanta hydrolýzy, jejíž vzorec je Kg = [OH] x [MA], bude koncentrace hydroxylových iontů:
U většiny solí je hydrolýza reverzibilním procesem. Hodnota α je ovlivněna teplotou a koncentrací solného roztoku. Čím vyšší jsou tyto parametry, tím vyšší je stupeň a konstanta hydrolýzy. To je způsobeno skutečností, že při ohřátí se Cn + a Son- zrychlují. Zvýšení koncentrace vody, jak lze vidět z rovnice hydrolýzy, posunuje rovnováhu doprava. Při současných chemických procesech se však ukázalo, že h soli vytvořené slabou kyselinou a bází nezávisí na ředění roztoku.

Stupeň hydrolýzy a TED

Ve světle teorie elektrolytická disociace rovnováha procesu hydrolýzy závisí na hodnotě h nebo αg, která je již známa - stupeň hydrolýzy. Pokud se sůl slabé kyseliny rozkládá vodou, například Na2C03 nebo K2S, pak
Reakční roztoky takových solí budou alkalické. Lze jej stanovit pomocí bezbarvého indikátoru fenolftaleinu, který se přebytečnými hydroxylovými ionty stává karmínovým. Fialový lak v alkalickém roztoku získá modrou barvu a methyl oranžová se stává žlutou. Uhličitan sodný, jako silný elektrolyt, když je rozpuštěn ve vodě, zcela disociuje na kovové kationty a anióny kyselého zbytku. To je ten, který interaguje s vodíkovými ionty a hydroxylovými skupinami.

Kationty sodíku nemohou vázat OH-iony do molekul hydroxidu sodného, ​​protože jsou silným elektrolytem a nikdy nejsou přítomny jako molekula v roztoku. Zároveň se karbonátové ionty váží na H + za vzniku slabého elektrolytu - kyseliny uhličité - dokud nedojde k rovnováze v roztoku.
Během hydrolýzy solí slabých zásad AlCl3, FeSO4:
Reakce roztoků těchto solí bude kyselá, pH je menší než 7. V tomto případě se vytvoří slabý elektrolyt Al (OH) 3. Část vodíkových iontů, přestože zůstává volná, způsobuje okyselení roztoku: indikátor kladiva to snižuje změnou fialové barvy na červenou barvu. V důsledku toho se iontová rovnováha disociace vody posune a vzniká nadbytek iontů vodíku.

Pokud jsou soli slabé báze a slabá kyselina (NH4) CH3COO, NH4CN vstupuje do výměnné reakce s vodou, pak
Roztoky takových solí se hydrolyzují zvláště snadno a jejich pH bude záviset na stupni disociace kyseliny i báze. Je-li koncentrace iontů H + větší, potom bude hodnota pH nižší než 7. Při přebytku hydroxidu, pH větším než 7 a v případě přibližně stejného množství se roztok stává neutrálním. Hydrolýza solí tedy nastává tehdy, když jsou jejich ionty, které vznikají v důsledku elektrolytické disociace, způsoby tvorby slabé vody (nízko disociovaných elektrolytů)
Přidáváme také následující: Konstanta soli hydrolýzy, stanovená tímto vzorcem, ukazuje, že zákon Ostwald, který má podobu:

použitelné nejen pro elektrolytickou disociaci, ale také pro proces rozkladu látek vodou. Pokud je sůl tvořena silnou bází a silnou kyselinou, potom se ve vodných roztocích hydrolyzuje, protože nedochází k tvorbě slabého elektrolytu. To znamená, že ve volném stavu jsou neustále přítomny čtyři typy iontů: jde o kovové a vodíkové kationty a anionty hydroxylových skupin a kyselých zbytků. U roztoků těchto solí není možné psát zkrácenou rovnici iontů a celá reakce se sníží na tvorbu molekul vody.

Chlorid amonný, konstantní výpočet

Chcete-li tuto hodnotu stanovit se slabým základem a silnou kyselinou, použijte vztah:
kde: Kw - produkt vody;
COSN je disociační konstanta báze NH4OH vzniklé během hydrolýzy.
Pak se konstantní hydrolýza chloridu amonného rovná:

To dokazuje, že když se hydrolyzuje, roztok této soli je kyselý.