Гидролиз

Ключевые слова конспекта: Гидролиз необратимый и обратимый. Гидролиз солей в зависимости от силы кислот и оснований, образующих соль. Роль гидролиза в обмене веществ. Роль гидролиза в энергетическом обмене.

Слово «гидролиз» (от др.-греч. hydor — вода и lysis — разложение) буквально означает «разложение вещества водой».

Гидролиз бывает необратимым и обратимым.

Если соль образована слабым нерастворимым основанием и слабой летучей кислотой, она существует только в сухом виде, так как в воде полностью разлагается, т. е. подвергается необратимому гидролизу, например:

Al₂S₃ + 6Н₂O = 2Аl(ОН)₃↓ + 3H₂S↑

Кроме некоторых солей, необратимому гидролизу подвергаются многие бинарные (двухэлементные) соединения — фосфиды, нитриды, силициды, гидриды и т. д. Например:

Zn₃P₂ + 6Н₂O = 3Zn(OH)₂↓ + 2PH₃↑

Эта реакция лежит в основе применения фосфида цинка в качестве зооцида, т. е. вещества, используемого для борьбы с животными-вредителями, прежде всего грызунами.

В органической химии необратимый гидролиз используется для получения ацетилена карбидным способом:

СаС₂ + 2Н₂O = Са(ОН)₂ + C₂H₂↑

Результаты опыта, наверное, для вас неожиданны: только во второй пробирке индикаторная бумага показала нейтральную среду, тогда как в первой — щелочную, а в третьей — кислотную. Почему? Объяснить результаты эксперимента нам поможет понятие обратимый гидролиз.

Гидролиз солей происходит вследствие взаимодействия катиона металла или аниона кислотного остатка, входящих в состав соли, с молекулами воды. В результате этого взаимодействия образуется малодиссоциирующее соединение, в водном растворе появляется избыток катионов водорода или гидроксид–анионов, обусловливающих кислотную или щелочную реакцию среды.

Любую соль можно представить как продукт взаимодействия основания с кислотой. Например, карбонат натрия Na₂CO₃ образован сильным основанием (щёлочью) — гидроксидом натрия NaOH и слабой угольной кислотой Н₂СО₃.

В зависимости от силы основания и кислоты как электролитов все соли можно разделить на четыре типа. Рассмотрим поведение солей различных типов в водных растворах.

✅ 1. Соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой, например карбонат натрия:

Карбонат натрия хорошо растворим в воде и полностью диссоциирует на ионы:

Угольная кислота — слабый электролит. Следовательно, катионы водорода прочно удерживаются карбонат–анионом и с трудом отщепляются в раствор. Верно и обратное: карбонат-анион СО₃^2– легко присоединяет катион водорода Н⁺, отрывая его у молекулы воды. Карбонат-анион при этом превращается в гидрокарбонат, а от молекулы воды в растворе остаётся анион ОН^–:

Мы записали ионное уравнение гидролиза. В результате этого процесса в растворе накапливаются гидроксид-анионы, определяющие щелочную реакцию среды. В данном случае говорят, что идёт гидролиз по аниону.

Молекулярное уравнение гидролиза карбоната натрия имеет вид

✅ 2. Соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой. Рассмотрим пример гидролиза хлорида цинка:

В водном растворе хлорид цинка полностью диссоциирует:

Гидролизу подвергается тот ион, который принадлежит слабому электролиту, поэтому данная соль гидролизуется по катиону. Отрывая от молекулы воды гидроксид-анион, катион Zn²⁺ способствует накоплению в растворе катионов водорода:

Молекулярное уравнение гидролиза легко записать, если в ионном уравнении дописать хлорид-анионы:

Реакцию среды в растворе данной соли определяет наличие катионов Н⁺: среда кислотная.

✅ 3. Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой. Такие соли подвергаются гидролизу по катиону и по аниону. Катион и анион делят между собой молекулу воды, присоединяя соответственно гидроксид–анион и катион водорода. Например, ацетат аммония:

В растворе ацетата аммония среда нейтральная, поскольку нет избытка ни катионов водорода, ни гидроксид-анионов.

Необратимо гидролизуются и по катиону, и по аниону соли слабого нерастворимого основания и слабой летучей кислоты, что было рассмотрено в начале конспекта.

✅ 4. Не гидролизуются соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой. В водном растворе подобных солей катионы металла (щелочного или щёлочноземельного) и анионы кислотного остатка окружены гидратными оболочками, взаимодействия с молекулами воды не происходит, поскольку это не приводит к образованию слабого электролита. Реакция среды в растворе таких солей нейтральная.

Термин «гидролиз» не должен ассоциироваться только с гидролизом солей. Это понятие значительно шире, а гидролиз солей – это лишь небольшая часть химических процессов, связанных с разложением веществ водой.

Реакции разложения органических соединений водой также называются гидролизом. Эти реакции играют исключительно важную роль и в промышленности, и в биологических процессах. В курсе органической химии вы изучали гидролиз сложных эфиров, ди- и полисахаридов, белков и других органических веществ.

Существует особая отрасль деревообрабатывающей промышленности, которая так и называется — гидролизная. Малоценные отходы лесопереработки (щепа, опилки, стружки), содержащие до 50% органического полисахарида целлюлозы, нагревают при повышенном давлении в присутствии серной кислоты (в качестве катализатора). В результате происходит гидролиз целлюлозы с образованием её мономера — глюкозы:

Полученные глюкозо-содержащие сиропы сбраживают и получают гидролизный этиловый спирт:

Важное значение имеют процессы гидролиза в живой природе. Основными компонентами пищи человека являются жиры, белки и углеводы. В пищеварительном тракте они подвергаются гидролизу с образованием аминокислот, глицерина и жирных кислот, глюкозы. Из этих «строительных кирпичиков» организм синтезирует свои собственные белки, жиры и углеводы.

Основу жизненных процессов составляет не только обмен веществ, но и обмен энергии. В энергетическом обмене главную роль играет аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Её молекулы гидролизуются с отщеплением остатков фосфорной кислоты и высвобождением энергии (40—60 кДж/моль):

АТФ + вода  —>  АДФ + фосфорная кислота + энергия

Энергия расходуется на основной обмен (поддержание температуры, рост клеток, движение и др.).

В ходе обратной реакции выделяемая за счёт окисления органических веществ энергия вновь накапливается в АТФ, которая синтезируется из аденозиндифосфорной кислоты (АДФ):

АДФ + фосфорная кислота + энергия  —>  АТФ + вода

Следовательно, процессы гидролиза — химический фундамент процессов ассимиляции и диссимиляции, лежащих в основе жизни на Земле.

Конспект урока по химии «Гидролиз». В учебных целях использованы цитаты из пособия «Химия. 11 класс : учеб, для общеобразоват. организаций : базовый уровень / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — М. : Просвещение». Выберите дальнейшее действие:

• Вернуться к Списку конспектов по химии
• Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии
• Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по химии