Хімія. Профільний рівень. 11 клас. Григорович

§ 92. Гідроліз в органічній та неорганічній хімії

Повторіть:

за § 13: що таке гідроліз солей та з яких причин він відбувається;
за § 13: які існують типи солей за відмінностями їх гідролізу у воді;
за § 13: як складати рівняння гідролізу солей різних типів та визначати pH в їхніх розчинах;
за § 50: кислотність ґрунтів.

Гідроліз речовин

Вам уже відомо поняття про гідроліз солей, а в курсі органічної хімії ви вивчали властивості речовин, які також називають гідролізом. Усі ці реакції мають спільну властивість: вони відбуваються за участі води, і в результаті з однієї речовини утворюється дві, які за певних умов можуть реагувати одна з одною. Так, під час гідролізу солей утворюються кислоти та основи (як органічні, так і неорганічні), для яких характерна реакція нейтралізації, але вони не взаємодіють між собою лише через їх невелику концентрацію в розчині. Подібні випадки є і серед органічних сполук.

У неорганічній, точніше в загальній хімії поняття про гідроліз використовують здебільшого для пояснення або передбачення кислотності розчинів солей. В органічній хімії реакції гідролізу використовують переважно для добування певних сполук. Розгляньмо найхарактерніші з них.

1. Гідроліз карбідів для добування етину чи метану:

СаС₂ + 2Н₂О → Са(ОН)₂ + С₂Н₂↑

Аl₄С₃ + 12Н₂О → 4Al(OH)₃↓ + 3CH₄↑

2. Гідроліз галогеноалкапів для добування спиртів:

3. Гідроліз естерів, під час якого утворюються карбонова кислота та спирт.

Кислотний гідроліз відбувається під час кип’ятіння естерів за наявності розбавленої сульфатної кислоти. Його використовують зазвичай для низькомолекулярних естерів:

Лужний гідроліз (омилення) зазвичай використовують для добування з жирів гліцеролу та мила (солі жирних кислот):

4. Гідроліз полісахаридів за наявності розбавленої кислоти. Промислово важливою реакцією є гідроліз крохмалю, яку використовують для виробництва патоки:

[С₆Н₁₀О₅]_n + (n - 1)Н₂О → nС₆Н₁₂О₆

5. Гідроліз білків до окремих амінокислот, з яких вони утворені, відбувається під час їх перетравлення за наявності ферментів. У лабораторії цей процес відбувається за наявності хлоридної кислоти:

6. Гідроліз синтетичних полімерів. Гідролізу можуть піддаватися лише ті полімери, що добуті реакцією поліконденсації. Особливо значущим цей процес є для збереження довкілля. Людство, на жаль, забруднює навколишнє середовище великою кількістю побутових пластикових відходів, серед яких багато пластикового посуду, виготовленого з поліетилентерефталату (ПЕТ). У природі, хоча й повільно, але відбувається гідроліз ПЕТ, на відміну від поліетилену, деградація (руйновання) якого в природі відбувається набагато повільніше. Під час повного гідролізу поліетилентерефталату утворюються його мономери — терефталева кислота та етиленгліколь:

Значення гідролізу в природі

У біологічних рідинах живих організмів певне значення pH забезпечується гідролізом солей. У шлунковому соку середовище кислотне завдяки секреції певних залоз. А от в інших рідинах (кров, лімфа, слина, цитоплазма клітин) середовище лужне внаслідок гідролізу солей: карбонатів і гідрогенкарбонатів, ортофосфатів і гідрогенортофосфатів. Хімічна рівновага між цими солями та продуктами гідролізу забезпечує додержання значення pH цих рідин у дуже вузькому інтервалі, наприклад pH крові підтримується в діапазоні 7,35-7,45, відхилення від якого спричиняє захворювання й патології.

Мило та багато мийних засобів містять солі вищих карбонових кислот. Ці кислоти дуже слабкі, через що в їх розчинах відбувається гідроліз за аніоном, який зумовлює лужне середовище. Розчин стає значно більш лужним, якщо під час прання використовувати ще пральну соду (натрій карбонат). Але тривалий контакт таких розчинів зі шкірою може спричинити огрубіння шкіри та навіть появу виразок.

Гідроліз використовують для видалення або зниження концентрації йонів Феруму в природній воді під час водопідготовки для промисловості або комунальних потреб. Це відбувається під час аерації: крізь воду пропускають збагачене киснем повітря, що прискорює окиснення йонів Fe²⁺ до Fe³⁺. Наявні в природній воді гідрогенкарбонат-іони посилюють гідроліз за катіонами Fe³⁺, через що відбувається їх повний гідроліз з утворенням ферум(ІІІ) гідроксиду, який випадає в осад і відфільтровується.

Основні солі Алюмінію, приміром Аl(ОН)₂Сl, використовують як коагулянт для очищення питної води. Наявні у воді гідрогенкарбонат-іони посилюють гідроліз за катіонами Алюмінію, через що утворюється об’ємистий осад алюміній гідроксиду, який захоплює разом із собою в осад різні механічні домішки.

Речовини, що використовують як мінеральні добрива, зазвичай містять катіони чи аніони, за якими відбувається гідроліз. Це використовують для регулювання кислотності ґрунтів: у занадто лужні ґрунти додають солі з умістом дигідрогенортофосфат-іонів, а в занадто кислі — з умістом гідрогенортофосфат- або ортофосфат-іонів.

Ключова ідея

Гідроліз — розповсюджене явище в природі внаслідок поширеності води на Землі.

Запитання та завдання

546. Що називають гідролізом? Наведіть приклади гідролізу органічних і неорганічних речовин.

547. Схарактеризуйте значення гідролізу в природі.

548. Із поданого переліку солей визначте ті, що гідролізуються необоротно, та складіть для них рівняння повного гідролізу. Для всіх інших солей складіть рівняння гідролізу за першим ступенем у молекулярній і йонно-молекулярній формах.

K₂S, CuSO₄, Na₃PO₄, (NH₄)₂S, Na₂CO₃, Cr₂S₃, K₂SO₃, Fe₂(SO₄)₃, Al₂S₃, K₂HPO₄, CH₃COONa, AlCl₃, NaCN, Al₂(SO₄)₃.

549. Складіть рівняння реакцій у молекулярній і йонно-молекулярній формах, що відбуваються під час змішування розчинів: а) алюміній сульфату й калій сульфіду; б) хром(ІІІ) хлориду й натрій карбонату.

550. Для кожного йонно-молекулярного рівняння гідролізу доберіть по два рівняння в молекулярній формі: