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 ${\displaystyle A-B+H-OH{\rightleftarrows }A-H+B-OH}$ հավասարմամբ, որտեղ ${\displaystyle AB}$-ն հիդրոլիզվող նյութն է, ${\displaystyle AH}$-ն ու ${\displaystyle BOH}$-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. ${\displaystyle PCl_{3}+3H_{2}O=H_{3}PO_{3}+3HCl}$

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. ${\displaystyle H^{+}+OH^{-}=H_{2}O}$

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

Դիտարկենք միավալենտ մետաղից և միահիմն թույլ թթվից առաջացած աղի հիդրոլիզը. Օրինակ վերցնենք նատրիումի ացետատը. ${\displaystyle CH_{3}COONa+H_{2}O{\rightleftarrows }CH_{3}COOH+NaOH}$, կամ էլ իոնամոլեկուլային ձևով՝ ${\displaystyle CH_{3}COO^{-}+H_{2}O{\rightleftarrows }CH_{3}COOH+OH^{-}}$

Հավասարումը ցույց է տալիս, որ այս դեպքում հիդրոլիզի ենթարկվում է աղի անիոնը, ինչը ուղեկցվում է ${\displaystyle OH^{-}}$ իոնների առաջացմամբ։ Բայց քանի որ ջրի իոնային արտադրյալը՝ ${\displaystyle [H^{+}][OH^{-}]}$, հաստատուն մեծություն է, ուրեմն ${\displaystyle OH^{-}}$ իոնների ավելացման հետ մեկտեղ, ${\displaystyle H^{+}}$ 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 ${\displaystyle H^{+}}$ իոններ, օրինակ՝ ${\displaystyle NH_{4}Cl+H_{2}O{\rightleftarrows }NH_{4}OH+HCl}$ կամ ${\displaystyle {NH_{4}}^{+}+H_{2}O{\rightleftarrows }NH_{4}OH+H^{+}}$

${\displaystyle H^{+}}$ իոնների ավելացումը բերում է լուծույթում ${\displaystyle OH^{-}}$ 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. ${\displaystyle MA+H_{2}O{\rightleftarrows }HA+MOH}$

Այս ռեակցիայի հավասարակշռության հաստատունն ունի հետևյալ տեսքը՝ ${\displaystyle {\ce {K=[HA][MOH]/[MA][H2O]}}}$

Նոսր լուծույթներում ջրի կոնցենտրացիան իրենից ներկայացնում է հաստատուն մեծություն, նշանակելով ${\displaystyle {\ce {K[H2O]=K}}}$_հ, կստանանք՝ ${\displaystyle {\ce {K_h=[HA][MOH]/[MA]}}}$

${\displaystyle K_{h}}$ մեծությունը կոչվում է աղի հիդրոլիզի հաստատուն։ Սրա արժեքը բնութագրում է աղի՝ հիդրոլիզի ենթարկվելու ունակությունը. որքան մեծ է ${\displaystyle K_{h}}$ 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՝ ${\displaystyle {\ce {K_h=K(H_2O)/K}}}$(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։

${\displaystyle {\ce {K_h=K(H2O)/K}}}$(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. ${\displaystyle {\ce {K_h=K(H2O)/K}}}$(թթու)*${\displaystyle {\ce {K}}}$(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, ${\displaystyle KCN}$-ի) հիդրոլիզի դեպքում լուծույթը կունենա հիմնային ռեակցիա։ Դա բացատրվում է նրանով, որ թույլ թթվի անիոնը մասնակիորեն կապում է ջրի դիսոցմամբ առաջացած ${\displaystyle H^{+}}$ իոնները, և լուծույթում մնում է ${\displaystyle OH^{-}}$ իոնների ավելցուկ՝ ${\displaystyle K^{+}+CN^{+}+HOH{\rightleftarrows }HCN+K^{+}+OH^{-}}$։ Ուժեղ թթվից և թույլ հիմքից գոյացած աղի (օրինակ, ${\displaystyle NH_{4}Cl}$) լուծույթն ունի թթվային ռեակցիա ${\displaystyle ({NH_{4}}^{+}+Cl^{-}+HOH{\rightleftarrows }NH_{4}OH+H^{+}+Cl^{-})}$։ Եթե աղի կատիոնի (կամ անիոնի) լիցքը մեկից մեծ է, ապա հիդրոլիզը հաճախ բերում է թթու (կամ հիմնային) աղերի առաջացմանը՝ ${\displaystyle CuCl_{2}\to Cu(OH)Cl\to Cu(OH)_{2}}$։ Աղերի հիդրոլիզը քանակապես բնութագրող հիդրոլիզի աստիճանը (${\displaystyle \alpha }$) որոշվում է լուծույթում մոլեկուլների հիդրոլիզված մասի կոնցենտրացիայի և տվյալ աղի ընդհանուր կոնցենտրացիայի հարաբերությամբ։ Շատ դեպքերում ${\displaystyle \alpha }$-ն մեծ չէ։ Այսպես, նատրիումի քացախատի՝ ${\displaystyle CH_{3}COONa}$ և ամոնիումի քացախատի՝ ${\displaystyle CH_{3}COONH_{4}}$ 0,1 մոլյարանոց լուծույթներում, 25 °C-ում ${\displaystyle \alpha }$-ն համապատասխանաբար հավասար է 0,01% և 0,5%։ Ջերմաստիճանը բարձրացնելիս և լուծույթը նոսրացնելիս ${\displaystyle \alpha }$-ն մեծանում է։ Հիդրոլիզով է պայմանավորված բուֆերային համակարգերի գոյությունը։ Այդպիսի լուծույթներն ունեն ֆիզիոլոգիական կարևոր նշանակություն, որովհետև ${\displaystyle H^{+}}$ 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։

Ծանոթագրություններ

1. Глинка, Н.Л. (1977). Общая химия. Ленинград: Издательство <<Химия>>. էջեր 257–260.

Արտաքին հղումներ

• Նատրիումի ացետատի հիդրոլիզ, տեսափորձ

Վիքիպահեստն ունի նյութեր, որոնք վերաբերում են «Հիդրոլիզ» հոդվածին։

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 6, էջ 395)։