Растворы, в которых концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов одинаковы, называются нейтральными. В кисдых растворах больше ионов водорода, в щелочных - гидроксид-ионов. Но произведение их концентраций всегда постоянно. Это означает, что если известна концентрация ионов водорода в водном растворе, то тем самым и определена и концентрация гидроксид-ионов. Поэтому как степень кислотности, так и степень щёлочности раствора можно количественно охарактеризовать концентрацией ионов водорода:

Кислотность или щёлочность раствора можно выразить более удобным способом: вместо концентрации ионов водорода указывают её десятичный логарифм, взятый с обратным знаком. Последняя величина называется водородным показателем и обозначается рН:. Отсюда ясно, что в нейтральном растворе pH=7; в кислых растворах рН<7 и тем меньше, чем кислее раствор; в щелочных растворах рН>7, и тем больше, чем больше щёлочность раствора.

Для измерения рН существуют различные методы. Приближённо реакцию раствора можно определить с помощью специальных реакторов, называемых индикаторами, окраска которых меняется в зависимости от концентрации ионов водорода. Наиболее распространены метиловый оранжевый, метиловый красный, фенолфталеин и лакмус.

27. Гидролиз солей. Обратимый и необратимый (полный) гидролиз. Роль процессов гидролиза при эксплуатации котельных установок.ъ

В общем случае под гидролизом понимают реакцию разложения вещества водой (от греч. «гидро» - вода, «лизис» - разложение). Гидролизу могут подвергаться белки, жиры, углеводы, эфиры и другие вещества. В неорганической химии чаще всего встречаются с гидролизом солей.

Гидролизом соли называется взаимодействие ионов соли с ионами воды, которое приводит к образованию слабых электролитов. В результате гидролиза солей их водные растворы показывают кислую, щелочную или нейтральную реакцию среды. Как известно, реакция среды зависит от концентрации ионов водорода Н+ или гидроксид-ионов ОН-.

Вода является слабым электролитом и диссоциирует по уравнению

Н2О = Н+ + ОН-.

Появление избытка ионов Н+ или ОН- в растворе объясняется тем, что ионы соли реагируют с ионами воды. Равновесие диссоциации воды смещается вправо, так как при гидролизе солей образуются слабые электролиты:

NH4C1 -> NH4+ + С1- CH3COONa -> СН3СОО~ + Na+

NH4+ + H2O = NH4OH + H+ СН3СОО~ + H2O = CH3COOH + OH-

В зависимости от природы соли в растворе накапливаются либо ионы Н+, либо ОН-, которые и определяют реакцию среды.

Гидролиз соли - это реакция, обратная реакции нейтрализации. Поэтому каждую соль можно представить себе как соединение, образованное основанием и кислотой. Кислоты и основания бывают сильными или слабыми электролитами. В зависимости от силы исходной кислоты и исходного основания различают четыре типа солей :

• образованные сильным основанием и слабой кислотой;

• образованные слабым основанием и сильной кислотой;

• образованные слабым основанием и слабой кислотой;

• образованные сильным основанием и сильной кислотой.

Соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой

В водном растворе цианида калия соль полностью распадается на ионы калия К+ и цианид-ионы CN-. Ионы калия К+ и гидроксид-ионы ОН- могут находиться в растворе одновременно в значительных количествах. Ионы водорода Н+ и цианид-ионы CN- взаимодействуют между собой с образованием циановодородной кислоты. Этот процесс схематически может быть представлен следующим образом:

KCN -> К+ + CN-

Н2О + CN- = ОН- + НCN

В результате гидролиза такой соли в растворе находятся полностью продиссоциированная щелочь и слабо диссоциированная кислота. Эта кислота частично диссоциирует на ионы и возвращает в раствор часть ионов Н+ и CN-. Возникает обратная реакция и устанавливается динамическое химическое равновесие:

К+ + CN- + Н2О = К+ + ОН- + HCN.

Следовательно, реакция между цианидом калия и водой является обратимой и проходит не полностью. Такое явление называется обратимым гидролизом.

В результате того, что в растворе образуется сильный электролит гидроксид калия, концентрация гидроксид-ионов ОН- будет значительно больше концентрации ионов водорода Н+. В растворе соли возникает щелочная среда, т.е. рН > 7. Действительно, эксперимент показывает, что 0,1 М раствор этой соли имеет рН 11,1. Гидролиз цианида калия в сокращенной ионной форме можно представить уравнением

CN- + Н2О = ОН- + HCN.

Подобно раствору KCN, раствор ацетата натрия также имеет щелочную среду, что видно из молекулярного и сокращенного ионного уравнений гидролиза :

CHgCOONa + Н2О = СН3СООН + NaOH; СН3СОО- + Н2О = СН3СООН + ОН-.

Сокращенное ионное уравнение показывает, что гидролиз соли, образованной сильным основанием и слабой кислотой, идет по аниону слабой кислоты и реакция среды становится щелочной.

Соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой.

Примером такой соли является йодид аммония NH4I. При растворении этой соли в воде катион аммония связывает гидроксид-ион ОН- воды, а ионы водорода накапливаются в растворе:

NH4I + Н2О = NH4OH + HI; NH4+ + Н2О = NH4OH + H+.

В результате гидролиза данной соли в растворе, образуются слабое основание NH4OH и сильная кислота HI. Йодоводородная кислота является сильным электролитом и в водном растворе полностью распадается на ионы. Концентрация ионов водорода становится значительно больше, чем концентрация гидроксид-ионов, и раствор соли имеет кислую среду, т.е рН 7.

Такой же процесс происходит и в случае растворения хлорида аммония NH4C1 в воде:

NH4C1 + Н2О = NH4OH + HC1 или NH4+ + Н2О = NH4OH + H+.

Таким образом, гидролиз соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой, идет по катиону слабого основания и реакция среды становится кислой.

Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой

В случае гидролиза солей, образованных слабым основанием и слабой кислотой, оба иона ОН- и Н+ воды связываются. Образуются слабая кислота и слабое основание. CH3COONH4 -> СН3СОО- + NH4+

СН3СОО- + NH4+ +H2O = CH3COOH + СН3СОО- + NH4+

Гидролиз соли идет одновременно и по катиону, и по аниону. В зависимости от константы диссоциации продуктов гидролиза (кислоты и основания) реакция среды растворов таких солей может быть слабокислой, слабощелочной или нейтральной. Например, реакция среды в случае гидролиза ацетата аммония CH3COONH4 — нейтральная, поскольку константы диссоциации СН3СООН и NH4OH равны. В случае же гидролиза соли цианида аммония NH4CN реакция среды слабощелочная.

Таким образом, гидролиз соли, образованной слабым основанием и слабой кислотой, идет одновременно и по катиону, и по аниону. Реакция среды зависит от констант диссоциации продуктов гидролиза.

Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой

Соли этого типа гидролизу не подвергаются, потому что катионы и анионы этих солей не связываются с ионами Н+ и ОН- воды и в растворе не образуются молекулы слабых электролитов. Поскольку связывания ионов воды не происходит, реакция среды растворов этих солей остается нейтральной. Рассмотрим это на примере раствора хлорида натрия. Взаимодействие этой соли с водой можно представить уравнениями