Сольволиз и гидролиз (общие сведения)

Сольволиз - это обменное взаимодействие растворенного вещества с растворителем, приводящее к изменению концентрации катионов и анионов растворителя. Частный случай сольволиза, когда в роли растворителя выступает вода, называется гидролизом.

Если гидролизу подвергается бинарное соединение, то он идет, как правило, необратимо, например:

PCl₅ + 4H₂O = 5HCl + H₃PO₄

и далее - протолиз продуктов:

HCl + H₂O = Сl⁻ + H₃O⁺, pH < 7

H₃PO₄ + H₂O H₂PO₄⁻ + H₃O⁺, pH < 7

Итак, наблюдается рост концентрации катионов оксония H₃O⁺ с одновременным уменьшением концентрации OH⁻. Другой пример:

Li₃N + 4H₂O = 3LiOH + NH₃ ^. H₂O

LiOH = Li⁺ + OH⁻ , pH > 7

NH₃ ^. H₂O + H₂O NH₄⁺ + OH⁻ + H₂O, pH > 7

Здесь тоже налицо изменение концентрации катионов и анионов воды.

Гидролиз солей (соединений с ионной кристаллической решеткой) чаще всего идет обратимо и может быть рассмотрен схематически следующим образом: сначала при растворении солей в воде нацело идет диссоциация на катионы и анионы. Например, в случае фторида калия:

KF = K⁺ + F⁻,

а затем - гидратация ионов. После этого тот из гидратированных ионов, который является протолитом, вступает в протолитическую реакцию с водой. Катион калия - непротолит, а фторид-ион ведет себя как слабое основание:

F⁻ + H₂O HF + OH⁻, рН > 7

Равновесие в этом случае описывается константой основности K_O, которую можно рассчитать, зная константу кислотности соответствующей сопряженной пары HF/F⁻ по формуле:

K_O = K_B / K_K

Другой пример - гидролиз хлорида алюминия, который при диссоциации в водном растворе дает гидратированные катион алюминия и хлорид-ион. Хлорид-ион - непротолит, а гидратированный катион алюминия Al^{3+ .} H₂O в водном растворе проявляет свойства слабой кислоты:

Al^{3+ .} H₂O + H₂O AlOH²⁺ + H₃O⁺, pH < 7

Равновесие в такой системе описывается константой кислотности K_K сопряженной пары Al^{3+ .} H₂O / AlOH²⁺.

Примечание. Для аквакатиона алюминия здесь дана упрощенная формула; в действительности гидратированный катион алюминия отвечает составу аквакомплекса [Al(H₂O)₆]³⁺.

Среди распространенных анионов не являются протолитами Cl⁻, Br⁻, I⁻, NO₃⁻, ClO₄⁻, SO₄²⁻, ClO₃⁻, MnO₄⁻ и некоторые другие.
Среди гидратированных катионов металлов не являются протолитами Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Tl⁺ и некоторые другие.

Если ион в растворе может проявлять свойства и кислоты и основания, то есть является амфолитом, преобладает тот процесс, для которого значение константы, описывающей состояние равновесия (K_K или K_O), выше.

Значения констант кислотности для наиболее распространенных сопряженных пар Кислота/Основание приведены в справочных таблицах >>>.

Протолитическое равновесие при гидролизе солей может быть смещено вправо или влево при изменении температуры, разбавлении (или концентрировании) раствора, а также под действием избыточной концентрации ионов, одноименных с теми, которые получаются в качестве среды протолиза.