Kimyo · Eritmalar va elektrolitlar · 9-sinf

Tuzlar gidrolizi va muhit

Nega soda eritmasi ishqoriy, ammoniy xlorid nordon, osh tuzi esa neytral?

Vaziyat

Onam kir yuvish sodasini issiq suvda eritib, idishlarni yuvdi — qo‘lning terisi sovun tekkandek sirpanchiq bo‘lib qoldi. Usta esa kavsharlashdan oldin novshadil (ammoniy xlorid) eritmasi bilan metallni tozalaydi, uning eritmasi nordon. Osh tuzining eritmasi esa na ishqoriy, na nordon. Uchala modda ham tuz: kislotasi ham, ishqori ham yo‘q. Unda nega ularning eritmalari har xil muhit beradi va issiq soda nega yaxshiroq yuvadi?

Mavzu

Tuzlarning gidrolizi va eritma muhiti. Kir yuvish sodasi qo‘lni «sovunlaydi», ammoniy xlorid nordon, osh tuzi neytral — tuz eritmasining pH i

Asosiy tushunchalar

Kation va anion bo‘yicha gidroliz
Tuz eritmasining pH i
Gidroliz darajasi

Formulalar

CO_{3}^{2 -} + H_{2} O \overset{}{⇌} HCO_{3}^{-} + OH^{-}

Anion bo‘yicha gidroliz: kuchsiz kislota anioni suvdan H⁺ oladi — OH⁻ ortib qoladi, muhit ishqoriy.

NH_{4}^{+} + H_{2} O \overset{}{⇌} NH_{3} \cdot H_{2} O + H^{+}

Kation bo‘yicha gidroliz: kuchsiz asos kationi H⁺ ni suvga beradi — muhit kislotali.

K_{g} = \frac{K_{w}}{K_{a}}, h \approx \sqrt{\frac{K_{g}}{c}}

Gidroliz konstantasi va darajasi (anion uchun; kation uchun $K_{g} = K_{w} / K_{b}$ ). Suyultirilsa va qizdirilsa h ortadi.

pH = 7 + \frac{1}{2} p K_{a} + \frac{1}{2} \lg c

Kuchsiz kislota va kuchli asos tuzi eritmasining pH i (25 °C, taqribiy formula).

2 Al^{3 +} + 3 CO_{3}^{2 -} + 3 H_{2} O \overset{}{\to} 2 Al (OH)_{3} ↓ + 3 CO_{2} ↑

To‘liq (birgalikdagi) gidroliz: alyuminiy tuziga soda qo‘shilganda Al(OH)₃ cho‘kmasi va CO₂ gazi hosil bo‘ladi.

Nazariya

Gidroliz nima va qachon boradi

Suvning o‘zida juda oz H⁺ va OH⁻ ionlari bor: $H_{2} O \overset{}{⇌} H^{+} + OH^{-}$ , 25 °C da $[H^{+}] [O H^{-}] = K_{w} = 10^{- 14}$ . Tuz eriganda uning ionlari ba’zan suv ionlari bilan kuchsiz elektrolit hosil qiladi — muvozanat buziladi va eritmada H⁺ yoki OH⁻ ortib qoladi. Tuz ionlarining suv bilan bunday almashinish reaksiyasi — gidroliz. Tuzni qaysi asos va kislota hosil qilganiga qarab 4 hol bor: kuchli asos + kuchli kislota (NaCl, KNO₃, K₂SO₄) — gidrolizlanmaydi, pH ≈ 7; kuchli asos + kuchsiz kislota (Na₂CO₃, CH₃COONa, K₂SiO₃) — anion bo‘yicha, muhit ishqoriy; kuchsiz asos + kuchli kislota (NH₄Cl, AlCl₃, ZnCl₂, CuSO₄) — kation bo‘yicha, muhit kislotali; kuchsiz asos + kuchsiz kislota (CH₃COONH₄, (NH₄)₂CO₃) — kation va anion bo‘yicha, muhit $K_{a}$ va $K_{b}$ ga bog‘liq (ammoniy atsetatda deyarli neytral). Gidroliz neytrallanishga teskari jarayon va odatda kam darajada boradi — eritmada tuz ionlarining aksariyati o‘zgarmay qoladi.

Anion bo‘yicha gidroliz

Soda eritmasida karbonat ioni suv molekulasidan proton oladi: $CO_{3}^{2 -} + H_{2} O \overset{}{⇌} HCO_{3}^{-} + OH^{-}$ , molekulyar ko‘rinishi: $Na_{2} CO_{3} + H_{2} O \overset{}{⇌} NaHCO_{3} + NaOH$ . Ko‘p zaryadli anionlar bosqichli gidrolizlanadi, lekin amalda faqat birinchi bosqich ahamiyatli: ikkinchisi ( $HCO_{3}^{-} + H_{2} O \overset{}{⇌} H_{2} CO_{3} + OH^{-}$ ) undan millionlab marta kuchsiz. 0,1 mol/l Na₂CO₃ eritmasida karbonat ionlarining atigi ≈ 4,5 % i gidrolizlangan, ammo hosil bo‘lgan OH⁻ ( $\approx 4,5 \cdot 10^{- 3}$ mol/l) pH ni ≈ 11,7 gacha ko‘taradi — shuning uchun soda yog‘ni yaxshi ketkazadi va teriga ta’sir qiladi. Natriy atsetat (pH ≈ 8,9), natriy fosfat (pH ≈ 12,6) ham shunday. Ichimlik sodasi NaHCO₃ da HCO₃⁻ ham proton oladi, ham beradi; proton olish (gidroliz) berishdan kuchliroq, shuning uchun muhit kuchsiz ishqoriy — pH ≈ 8,3.

Kation bo‘yicha gidroliz. Alyuminiy tuzlari (11-laboratoriya ishi)

Ammoniy ioni protonini suvga beradi: $NH_{4}^{+} + H_{2} O \overset{}{⇌} NH_{3} \cdot H_{2} O + H^{+}$ — 0,1 mol/l NH₄Cl da pH ≈ 5,1. Ko‘p zaryadli kationlar suvda akvakomplekslar holida bo‘ladi va ularning suv ligandlari protonini oson beradi: $[Al (H_{2} O)_{6}]^{3 +} + H_{2} O \overset{}{⇌} [Al (OH) (H_{2} O)_{5}]^{2 +} + H_{3} O^{+}$ — shuning uchun 0,1 mol/l AlCl₃ eritmasida pH ≈ 3,0: lakmus qizaradi, metiloranj qizil-pushti, fenolftalein rangsiz qoladi. Laboratoriya ishi: AlCl₃, Al₂(SO₄)₃ va achchiqtosh eritmalariga indikatorlar tomizing va nazorat (distillangan suv) bilan solishtiring. Alyuminiy tuziga soda qo‘shilsa, ikki gidroliz bir-birini kuchaytiradi — H⁺ va OH⁻ suvga birikib, muvozanatlar oxirigacha siljiydi: $2 Al^{3 +} + 3 CO_{3}^{2 -} + 3 H_{2} O \overset{}{\to} 2 Al (OH)_{3} ↓ + 3 CO_{2} ↑$ — oq dirildoq Al(OH)₃ cho‘kmasi va CO₂ pufakchalari. Shuning uchun alyuminiy karbonat suvli eritmada mavjud emas. Achchiqtosh bilan suvni tindirish ham Al³⁺ gidroliziga asoslangan.

Gidroliz darajasi va unga ta’sir etuvchi omillar

Gidroliz darajasi $h$ — gidrolizlangan ionlarning umumiy soniga nisbati. Suyultirish gidrolizni kuchaytiradi: soda 10 marta suyultirilsa, h ≈ 4,5 % dan ≈ 13,6 % gacha ortadi, lekin OH⁻ ning umumiy konsentratsiyasi kamayadi — pH 11,7 dan 11,1 ga tushadi. Qizdirish ham gidrolizni kuchaytiradi: gidroliz — neytrallanishning (ΔH ≈ −56 kJ/mol) teskarisi, ya’ni endotermik. Issiq soda eritmasida OH⁻ ko‘p — u yaxshiroq yuvadi. Temir(III) xlorid eritmasi qizdirilsa, sariq rang qizil-qo‘ng‘irga o‘tadi: $Fe (OH)_{3}$ ning kolloid zarralari hosil bo‘ladi. Gidrolizni susaytirish uchun mahsulotlardan birini qo‘shish kerak: FeCl₃, AlCl₃ eritmalariga ozgina kislota, soda eritmasiga ishqor qo‘shiladi (Le Shatelye prinsipi).

Univ.: gidroliz konstantasi

Anion gidrolizi muvozanati $A^{-} + H_{2} O \overset{}{⇌} HA + OH^{-}$ uchun $K_{g} = \frac{[HA] [O H^{-}]}{[A^{-}]} = \frac{K_{w}}{K_{a}}$ ; kation uchun $K_{g} = K_{w} / K_{b}$ , ikkalasi uchun $K_{g} = K_{w} / (K_{a} K_{b})$ . Kichik $h$ da $h \approx \sqrt{K_{g} / c}$ va $[O H^{-}] \approx \sqrt{K_{g} c}$ , bundan $pH = 7 + \frac{1}{2} p K_{a} + \frac{1}{2} \lg c$ (kation uchun $pH = 7 - \frac{1}{2} p K_{b} - \frac{1}{2} \lg c$ ; ammoniy atsetatda $pH = 7 + \frac{1}{2} (p K_{a} - p K_{b})$ — konsentratsiyaga bog‘liq emas). Grafikda $\lg h$ ning $\lg c$ ga bog‘liqligi — qiyaligi −½ bo‘lgan to‘g‘ri chiziq; yuqori $h$ da aniq yechim undan chetlashadi. Harorat: $K_{w}$ 25 → 50 °C da ≈ 5,5 marta ortadi, $K_{a}$ esa deyarli o‘zgarmaydi — $K_{g}$ va $h$ keskin ortadi. Qiziq tomoni: issiq soda eritmasida OH⁻ ko‘p bo‘lsa ham pH-metr kichikroq pH ko‘rsatadi, chunki issiqda neytral nuqtaning o‘zi pH 7 dan past. To‘liq gidroliz: kuchsiz asos va kuchsiz, uchuvchan yoki kam eriydigan kislota tuzi suvda butunlay parchalanadi: $Al_{2} S_{3} + 6 H_{2} O \overset{}{\to} 2 Al (OH)_{3} ↓ + 3 H_{2} S ↑$ .

Xavfsizlik va model

Xavfsizlik: soda va natriy fosfat eritmalari ishqoriy — terini quritadi, ko‘zga tushsa ko‘p suv bilan yuving; himoya ko‘zoynagi va qo‘lqopda ishlang. Ammoniy xlorid qizdirilsa ammiak va HCl ajraladi — tortish shkafida ishlang. Spirt lampani qalpoq bilan o‘chiring, qizdirilayotgan probirka og‘zini o‘zingizga va boshqalarga qaratmang. Model: eritmalar ideal (faolliklar konsentratsiyaga teng); pH zaryad balansi tenglamasidan aniq hisoblanadi; $K_{a}$ — CRC qiymatlari, ${[Al (H_{2} O)_{6}]}^{3 +}$ uchun $\lg K = - 4,97$ (Baes va Mesmer), faqat birinchi bosqich; sulfatlarda $HSO_{4}^{-}$ hosil bo‘lishi hisobga olingan, ion juftlari va polinuklear zarralar hisobga olinmagan. Haroratga bog‘liqlik (0–60 °C): $K_{w}$ , $K_{a}$ uchun Harned va hamkorlari, NH₄⁺ uchun Bates va Pinching tenglamalari. FeCl₃ ning qizdirilganda rang o‘zgarishi sifat jihatdan ko‘rsatilgan. Molekulalar sahnasi — bitta gidroliz aktining sxemasi, real eritmada bu jarayon juda tez va ko‘p marta takrorlanadi.

Bilasizmi?

Achchiqtosh — KAl(SO₄)₂·12H₂O — qadimdan suvni tindirishda ishlatiladi: Al³⁺ ionlari gidrolizlanib hosil qilgan Al(OH)₃ parchalari loyqa zarralarini o‘ziga yopishtirib cho‘ktiradi.
Odam qonining pH i 7,35–7,45 oralig‘ida saqlanadi; bunda asosiy rolni gidrokarbonat bufer tizimi (HCO₃⁻ / H₂CO₃) o‘ynaydi.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.