Il grado e la costante di idrolisi

Se consideriamo i due rami principali della chimica chimica, chimica inorganica e organica, risulta che non troverete in essi troppi punti di contatto. Ma c'è un processo su una scala veramente globale che combina materia organica e inorganica. Questo è il processo di idrolisi.

L'acqua è un solvente universale

L'idrolisi è l'interazione di sostanze con l'acqua, in cui le parti costituenti di composti chimici formano prodotti di reazione con ioni idrogeno e gruppi ossidrile di molecole di H ₂ O. Considerando che il 79% del pianeta e fino all'80% della massa di tutti gli organismi viventi sono acqua, diventa chiaro che la reazione l'idrolisi copre tutte le manifestazioni dei processi naturali, a cominciare dalla distruzione delle rocce e termina con il metabolismo a tutti i sette livelli di organizzazione della materia vivente, che vanno dal molecolare al biosferico.

Linguaggio matematico di idrolisi

Più complesso è il processo chimico, maggiore è il numero di formule e calcoli necessari. Per entrambi i tipi di reazioni di scambio di sostanze con acqua, sia in chimica organica che inorganica, vengono utilizzati valori matematici - questo è il grado e la costante di idrolisi, indicati come α _g e K _{g. I} loro valori sono calcolati e utilizzati nei processi tecnologici di sintesi organica, ad esempio nella saccarificazione amido, idrolisi del legno, saponificazione dei grassi.

Qual è il grado di idrolisi

Più velocemente la sostanza interagisce con l'acqua, più molecole idrolizzate saranno in tale soluzione. Il rapporto tra il loro numero e il numero totale di particelle di un composto chimico in soluzione è chiamato il grado di idrolisi. Nella chimica inorganica, di solito è indicato come h, in organico α _g . È espresso in parti di un'unità o in percentuale. Ad esempio, se 2 moli di una sostanza viene disciolta in acqua e 0,01 moli viene idrolizzato, allora h = 0,01 / 2 = 0,005 o 0,5%.

Costante di idrolisi

Questo valore indica la capacità di una sostanza di idrolizzarsi. Più è alto, più velocemente le molecole del soluto interagiscono con gli ioni idrogeno e i gruppi ossidrile dell'acqua. È designato come K _g , l'espressione per la costante di idrolisi può essere rappresentata dalla formula:

dove: K _w è il prodotto ionico dell'acqua [H ⁺ ] * [OH ^- ];

K _d - la costante di dissociazione (scissione) del soluto.

per composti organici il grado e la costante di idrolisi è correlato alla formula:

dove:

K _g - idrolisi costante.

C è la concentrazione di ioni del soluto.

α _g - il grado di idrolisi.

Caratteristiche dell'idrolisi dei composti organici

Le reazioni di scambio con l'acqua in proteine, carboidrati e grassi sono molteplici e difficili. Pertanto, la costante di idrolisi, la cui formula è:

dove: С è la concentrazione della sostanza disciolta (mol / l).

α _g - il grado di idrolisi, dipenderà anche dalla natura del catalizzatore (enzima), dalla sua attività e dalla temperatura della soluzione.

Ad esempio, nel processo tecnologico delle reazioni di scambio della cellulosa con l'acqua, gli specialisti calcolano tutti i parametri, i principali dei quali sono la costante di idrolisi e la velocità di idrolisi costante. Per quest'ultimo valore, tali componenti sono introdotti come: attività relativa del catalizzatore α-, N - sua normalità, cioè concentrazione, capacità della b-cellulosa di idrolizzare, e λ - un indicatore che caratterizza la dipendenza della velocità di reazione con l'acqua sulla temperatura: k = α * N * b * λ

Nelle reazioni di idrolisi dei grassi, gli ingegneri dei processi chimici tengono conto della loro reversibilità. Per spostare l'equilibrio a destra, nella direzione della formazione dei prodotti desiderati, ad esempio, glicerolo, l'alcali viene utilizzato nella sintesi industriale. In questo caso, l'idrolisi dei grassi avviene quasi fino alla fine: idrossido di sodio o acidi carbossilici polibasici convertiti con potassio, che si formano nel sale e quindi impediscono il passaggio della reazione inversa di formazione di grasso. Un metodo simile è usato quando l'acqua decompone gli esteri nella reazione di saponificazione. Aumentando la concentrazione di ioni idrossido e diluendo la miscela reagente, essi aumentano il grado di idrolisi α e quindi la resa dei prodotti di reazione di alcoli e acidi organici.

Decomposizione dell'acqua di sostanze inorganiche

Di importanza pratica sono le reazioni di idrolisi di composti chimici appartenenti alla classe di sali. Sono noti per essere prodotti dello scambio tra acidi e basi. Quindi, la loro idrolisi dipenderà esattamente da quali idrossidi e acidi formano i sali. E la chiave qui sarà il concetto della teoria della dissociazione elettrolitica sulla forza degli elettroliti. Costante e laurea idrolisi salina varierà anche, a seconda della composizione degli ioni che formano le loro molecole.

Perché il pH dei sali è diverso

Gli esperimenti dimostrano che le soluzioni di vari sali possono essere acide (pH <7), neutre (pH = 7) o alcaline (pH> 7), anche se non ci sono ioni idrogeno o idrossile nelle loro molecole. Una spiegazione di queste contraddizioni deve essere ricercata nel processo della loro reazione con l'acqua:

Sale + acqua <=> acido + base.
Questo equilibrio corrisponde alla costante di idrolisi:

dove: ON è acido,
PWS - Fondazione
MA è salato.
In base al fatto che la concentrazione di acqua in soluzioni diluite è costante, la costante di idrolisi sarà:
Semplificando la prima formula, otteniamo il valore:
Questa è la costante idrolisi dei sali - Kg. Il suo valore caratterizza la capacità di una sostanza di decomporsi con l'acqua, più grande è, più velocemente (alla stessa temperatura e concentrazione di sale) avviene la reazione. Poiché la costante di idrolisi, la cui formula è Kg = [OH] × [MA], la concentrazione di ioni idrossile sarà:
Per la maggior parte dei sali, l'idrolisi è un processo reversibile. Il valore di α è influenzato dalla temperatura e dalla concentrazione della soluzione salina. Più alti sono entrambi questi parametri, maggiore è il grado e la costante di idrolisi. Ciò è dovuto al fatto che quando riscaldati, Cn + e Son - aumentano bruscamente. Un aumento della concentrazione dell'acqua, come si può vedere dall'equazione di idrolisi, sposta l'equilibrio a destra. Tuttavia, nei processi chimici attuali è stato dimostrato che i sali di h formati da acido debole e base non dipendono dalla diluizione della soluzione.

Il grado di idrolisi e TED

Alla luce della teoria dissociazione elettrolitica l'equilibrio del processo di idrolisi dipende dal valore di h o αg già noto a noi - il grado di idrolisi. Se un sale di un acido debole si decompone con acqua, ad esempio, Na2CO3 o K2S, quindi
Le soluzioni di reazione di tali sali saranno alcaline. Può essere determinato utilizzando un indicatore incolore di fenolftaleina, che con un eccesso di ioni idrossile diventa rosso porpora. La tornasole viola in soluzione alcalina assume un colore blu e l'arancio metilico diventa giallo. Carbonato di sodio, come elettrolita forte, quando dissolto in acqua, si dissocia completamente in cationi metallici e anioni di un residuo acido. È quest'ultimo che interagisce con gli ioni idrogeno e gli idrossidi.

I cationi di sodio non possono legare gli ioni OH- in molecole di idrossido di sodio, poiché è un elettrolita forte e non è mai presente come molecola in soluzione. Allo stesso tempo, gli ioni carbonato si legano a H + per formare un elettrolito debole - acido carbonico - fino a quando non si stabilisce l'equilibrio nella soluzione.
Durante l'idrolisi dei sali di basi deboli AlCl3, FeSO4:
La reazione di soluzioni di tali sali sarà acida, il pH è inferiore a 7. In questo caso, si forma un elettrolita debole (OH) 3. Una parte degli ioni di idrogeno, pur rimanendo libera, causa l'acidificazione della soluzione: l'indicatore del tornasole riduce questo colore cambiando il colore viola in rosso. Di conseguenza, l'equilibrio ionico della dissociazione dell'acqua viene spostato e si forma un eccesso di ioni idrogeno.

Se i sali di una base debole e un acido debole (NH4) CH3COO, NH4CN entrano in una reazione di scambio con acqua, quindi
Soluzioni di tali sali vengono idrolizzate in modo particolarmente facile e il loro pH dipenderà dal grado di dissociazione sia di acido che di base. Se la concentrazione di ioni H + è maggiore, il pH sarà inferiore a 7. Con un eccesso di idrossido, un pH superiore a 7, e nel caso di circa la stessa quantità di essi, la soluzione diventerà neutra. Pertanto, l'idrolisi dei sali si verifica quando i loro ioni, che si formano come risultato della dissociazione elettrolitica, sono modi per formare acqua debole (elettroliti poco dissociati)
Inoltre aggiungiamo il seguente: La costante di idrolisi salina, determinata da questa formula, mostra che la legge di Ostwald, che ha la forma:

applicabile non solo per la dissociazione elettrolitica, ma anche per il processo di decomposizione di sostanze dall'acqua. Se il sale è formato da una base forte e un acido forte, allora non si idrolizza in soluzioni acquose, poiché non si verifica la formazione di un elettrolita debole. Cioè, quattro tipi di ioni sono costantemente presenti in soluzione allo stato libero: questi sono cationi di metalli e idrogeno e anioni di gruppi ossidrile e residui acidi. Per soluzioni di tali sali, è impossibile scrivere un'equazione di ioni abbreviata e l'intera reazione è ridotta alla formazione di molecole d'acqua.

Calcolo costante di idrolisi di cloruro di ammonio

Per determinare questo valore con una base debole e un acido forte, usa la relazione:
dove: Kw - il prodotto dell'acqua;
COSN è la costante di dissociazione della base di NH4OH formata durante l'idrolisi.
Quindi l'idrolisi costante del cloruro di ammonio sarà uguale a:

Ciò dimostra che quando idrolizzato, la soluzione di questo sale è acida.