Основа 1 кислота 2 кислота I основа 2

 

Процес полягає в переході протона від Н₂О (кислота 2) до CO₃^2- (спряжена основа 1).

При гідролізі NН₄С1:

 

NH₄⁺ + HOH ↔ NH₃ + H₃O⁺

Кислота I основа 2 основа 1 кислота 2

Протон переходить від NH₄⁺ (кислота 1) до НОН основа 2).

Можливі чотири варіанти гідролізу залежно від типу солей:

 

1. Соли, утворені сильною кислотою і слабкою основою. Наприклад

 

NH₄ С1 + HOH ↔ NH₃ ^. Н₂О + HС1

NH₄⁺ + HOH ↔ NH₃ + H₃O⁺ (рН < 7)

 

2. Соли, утворені сильною основою і слабкою кислотою. Наприклад

 

СНзСООNа + НОН ↔ СН₃СООН + NаОН

 

СНзСОО^- + НОН ↔ СНзСООН + ОН^- (рН > 7),

З прикладів видно, що реакція середовища в результаті гідролізу визначається тим продуктом, який є сильнішим електролітом.

Соли, утворені слабкою кислотою і слабкою основою.

Наприклад, амоній ціанід гідролізуєтся по реакції

 

NH₄ СN + HOH ↔ NH₃ ^. Н₂О + HСN

або

NH₄⁺ + СN^- + HOH ↔ NH₃ ^. Н₂О + HСN

 

Порівняння констант дисоціації кислоти [Ка (НСN) = 7,2 ^. 10^-10] і основи [Кв (NН₃ ^. Н₂О) = 1,79 ^. 10^-5] дозволяє зробити висновок, що при гідролізі цієї солі буде лужна реакція (рН>7), оскільки Ка(НСN) < Кв (NН₃ ^. Н₂О).

 

4. Соли, утворені сильною кислотою і сильними основою. Наприклад, NаС1, КNО₃ гідролізу не піддаються. Це пов'язано з тим, що іони таких солей не утворюють з іонами води малодисоційовані сполуки. В цьому випадку рівновага дисоціації води у присутності солі майже не порушується, і розчини практично нейтральні (рН ≈7).

Механізм гідролізу солей полягає в поляризаційній взаємодії іонів соли з їх оболонкою гідрату. Чим сильніше це взаємодія, тим інтенсивніше протікає гідроліз.

Всі розглянуті випадки гідролізу стосувалися солей, утворених однокислотними основами і одноосновними кислотами. Солі багатоосновних кислот і багатокислотних основ гідролізуються ступінчасте, утворюючи при цьому кислі і основні солі.

Наприклад, соли Nа₂СО₃, К₃РО₄ гідролізуються ступінчасте, утворюючи кислі солі.

Соли А1С1₃, Сu (NО₃) ₂, СrСl₃ гідролізуються ступінчасте з відтворенням на проміжних стадіях основних солей.

 

 

Іонні реакції

Багато хімічних реакцій протікають у водних розчинах. Якщо в цих реакціях беруть участь електроліти, то слід враховувати, що вони знаходяться у водному розчині в

дисоційованому стані, т.т. або тільки і вигляді іонів (сильні електроліти) і частково у вигляді молекул (слабкі електроліти). Таким чином, реакції між водними розчинами електролітів - це реакції, в яких беруть участь іони. Тому такі реакції називаються іонними реакціями.

Ці реакції можливі тільки в тому випадку, якщо між іонами відбувається хімічна взаємодія, тобто які-небудь іони одного електроліту і які-небудь іони іншого електроліту зв'язуються один з одним і утворюють:

а) нерозчинна речовина;

б) газоподібна речовина;

в) мало дисоціююча речовина (слабкий електроліт).

г) комплексні сполуки.

При складанні іонних рівнянь реакцій слід керуватися тим, що речовини мало дисоційовані, малорозчинні (випадні в осад) і газоподібні зображуються в молекулярній формі. Стрілка вниз ↓, що стоїть при формулі речовини, означає, що речовина йде з сфери реакції у вигляді осаду, а стрілка вгору↑означає, що речовина віддаляється з сфери реакції у вигляді газу. Сильні розчинні електроліти, як повністю дисоційовані, пишуться у вигляді іонів. Сума електричних зарядів в лівій частині рівняння повинна бути рівна сумі електричних зарядів в правій частині.

Напишемо рівняння реакції взаємодії розчинів хлориду барію і сульфату натрію в молекулярній, іонній і скороченій іонній формах.

Розіб'ємо рішення задачі на чотири етапи.

1. Записуємо рівняння реакції в молекулярній формі:

 

ВаС1₂ + Nа₂SO₄ = ВаSО₄↓ + 2NаСl

 

2. Переписуємо це рівняння, зобразивши добре диссоціюючі речовини у вигляді

іонів, а реакції, що йдуть з сфери, - у вигляді молекул:

 

Ва²⁺ + 2С1^- + 2Nа⁺ + SО₄^2- = ВаSO₄↓ + 2Nа⁺ + 2С1^-

Це іонне рівняння реакції.

3. Виключаємо з обох частин рівності однакові іони, тобто іони, що не беруть

участь в реакції (підкреслені):

 

Ва²⁺ + 2С1 ^- + 2Nа ⁺ + SО₄^2- = ВаSO₄↓ + 2Nа ⁺ + 2С1 ^-

4. Виписуємо рівняння реакції в остаточному вигляді:

 

Ва²⁺ + SО₄^2- = ВаSO₄↓

Це скорочене іонне рівняння реакції.

Як видно з цього рівняння, суть реакції зводиться до взаємодії іонів Ва²⁺ і SО₄^2- внаслідок чого утворюється осад ВаSO₄↓.

При цьому зовсім не має значення, до складу яких електролітів ці іони входили до їх взаємодії.

Іонними рівняннями можуть бути зображені будь-які реакції, що протікають в розчинах між електролітами. Якщо при таких реакціях не відбувається зміни зарядів іонів (не змінюється ступінь окислення), то вони називаються обмінними. Численні реакції обміну в розчинах електролітів діляться на необоротні і оборотні. Необоротними є реакції, якщо вони протікають по наступних схемах:

 

1. Реакція з відтворенням осадів, наприклад:

AgNO₃ + HCl = AgCl ↓ + HNO₃

 

Ag⁺ + NO₃^- + H⁺ + Cl^- = AgCl ↓ + H⁺ + NO₃^-

 

Ag⁺ + Cl^- = AgCl ↓

2. Реакція з утворенням газоподібних малорозчинних речовин, наприклад:

 

Nа₂СO₃ + Н₂SO4 = Na₂SO₄ + СO₂↑ + Н₂О

2Nа⁺ + СО₃^- + 2Н⁺ + SО₄^2- = 2Nа⁺ + SО₄^2- + СO₂↑ + Н₂О

СО₃^- + 2Н⁺ = СO₂↑ + Н₂О

 

3. Реакції з утворенням малодисоційованих речовин (слабких електролітів), наприклад:

 

 

НСl + КОН = КС1 + Н₂О

Н⁺ + С1^- + К⁺ + ОН^- = К⁺ + С1^- + Н₂О

Н⁺ + ОН^- = Н₂О

Таким чином, реакції обміну в розчинах електролітів практично необоротно протікають у бік утворення осадів (малорозчинних речовин), газів (легколетючих речовин), слабких електролітів (малодисоціюючих сполук).

Решта реакцій обміну є оборотними.

 

Роль гидролиза в биохимических процессах трудно пере­оценить. Прежде всего необходимо отметить ферментативный гидролиз, благодаря которому три основных компонента пищи — жиры, белки, углеводы — в желудочно-кишечном тракте расщеп­ляются водой на более мелкие фрагменты. В общем виде гид­ролиз пищевых компонентов описывается уравнением

R₁—О—R₂ + Н₂О → R₁—ОН + R₂—ОН

Где R₁,R₂ — фрагменты биоорганической молекулы, связанные через кислород.

Без этого процесса не было бы возможно усвоение пищевых продуктов, так как всасываться в кишечнике способны только относительно небольшие молекулы. Так, например, усвоение полисахаридов и дисахаридов становится возможным лишь после полного их гидролиза ферментами до моносахаридов. Точно так же белки и липиды гидролизуются до веществ, кото­рые лишь потом могут усваиваться.

Гидролиз АТФ. Для роста и нормального функционирования всем животным необходима энергия. Человек получает энергию как за счет многостадийного процесса окисления пищи — белков, жиров и углеводов, так и за счет гидролиза некоторых сложных эфиров, амидов, пептидов и гликозидов. Однако главным источ­ником энергии для многих биологических процессов — биосинте­за белка, ионного транспорта, сокращения мышц, электрической активности нервных клеток — является аденозинтрифосфат (АТФ).

АТФ принадлежит к бионеорганическим соединениям, так как состоит из органической части — аденозина и неорганической части — трех связанных в цепь фосфатных групп.

Энергия, необходимая для жизнедеятельности, высвобождает­ся вследствие гидролиза АТФ. При рН ≥7,0 АТФ существует в виде аниона АТФ^4-, так как все фосфатные группы при этом значении рН ионизированы.

Гидролиз АТФ записывают в виде кислотно-основного равновесия:

АТФ^4- + Н₂0 ↔ АДФ^3- + НРО₄^2- + Н⁺; ΔG° = —30,5 кДж/моль

где АДФ^3- — анион аденозиндифосфата.

Реакция сопровождается убылью энергии Гиббса ΔG⁰

Роль гідролізу в біохімічних процесах важко переоцінити. Перш за все необхідно відзначити ферментативний гідроліз, завдяки якому три основні компоненти пищи, - жири, білки, вуглеводи - в шлунково-кишковому тракті розщеплюються водою на дрібніші фрагменти. У загальному вигляді гідроліз харчових компонентів описується рівнянням

R₁-О-R₂ + Н₂О → R₁-ОН + R₂-ОН

Де R₁,R₂ - фрагменти біоорганічної молекули, зв'язані через кисень.

Без цього процесу не було б можливе засвоєння харчових продуктів, оскільки всмоктуватися в кишечнику здатні тільки відносно невеликі молекули. Так, наприклад, засвоєння полісахаридів і дисахаридів стає можливим лише після повного їх гідролізу ферментами до моносахаридів. Так само білки і ліпіди гідролізуються до речовин, які лише потім можуть засвоюватися.

Гідроліз АТФ. Для зростання і нормального функціонування всією твариною необхідна енергія. Людина отримує енергію як за рахунок багатостадійного процесу окислення їжі - білків, жирів і вуглеводів, так і за рахунок гідролізу деяких складних ефірів, амідів, пептидів і глікозидів. Проте головним джерелом енергії для багатьох біологічних процесів - біосинтезу білка, іонного транспорту, скорочення м'язів, електричній активності нервових клітин - є аденозинтрифосфат (АТФ).

АТФ належить до біонеорганічних сполук, оскільки складається з органічної частини - аденозіна і неорганічної частини - трьох зв'язаних в ланцюг фосфатних груп.

Енергія, необхідна для життєдіяльності, вивільняється унаслідок гідролізу АТФ. При рн ≥7,0 АТФ існує у вигляді аніона АТФ^4-, оскільки всі фосфатні групи при цьому значенні рН іонізовані.

Гідроліз АТФ записують у вигляді кислотний-основної рівноваги:

АТФ^4- + Н₂0 ↔ АДФ^3- + НРО₄^2- + Н⁺; ΔG° = -30,5 кдж/моль

де АДФ^3- - аніон аденозіндифосфату.

Реакція супроводжується спадом енергії Гіббса ΔG⁰