Содержание
  Введение
1. Гидролиз солей
1.1 Характеристики гидролиза
1.2 Гидролиз солей слабых кислот и сильных оснований
1.3 Гидролиз солей сильных кислот и слабых оснований
1.4 Гидролиз солей слабых кислот и слабых оснований
1.5 Гидролиз солей многоосновных кислот и оснований
2. Особенности почвенного гидролиза и его значение
Список использованной литературы

Введение

Гидролизом называется взаимодействие вещества с водой, при котором составные части вещества соединяются с составными частями воды. Такое определение охватывает и гидролиз органических соединений - сложных эфиров, жиров, углеводов, белков - и гидролиз неорганических веществ - солей, галогенов, галогенидов, неметаллов и т.д. Настоящая работа посвящена гидролизу солей - одному из важных примеров гидролиза веществ, который наиболее хорошо изучен, а так же особенностям почвенного гидролиза солей и его значению в сельском хозяйстве.

1. Гидролиз солей

В случае реакций нейтрализации, в которых участвуют слабые кислоты и основания, реакции протекают не до конца. Это значит, что при этом в той или иной степени протекает и обратная реакция (взаимодействие соли с водой), приводящая к образованию кислоты и основания. Это и есть гидролиз соли. В реакции гидролиза вступают соли, образованные слабой кислотой и сильным основанием, или слабым основанием и сильной кислотой, или слабой кислотой и слабым основанием. Соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием, гидролизу не подвергаются; нейтрализация в этом случае сводится к процессу H ⁺ + OH ^- =H₂O, а обратная реакция - диссоциация молекул воды на ионы - протекает в ничтожно малой степени: при 25 ⁰С ионное произведение воды
К_W = C_Н+. С_ОН ^- ₌ 10^-14.

1.1 Характеристики гидролиза

Рассмотрим гидролиз соли, образованной одноосновной кислотой и одновалентным металлом. Запишем уравнение гидролиза в общем виде. Пусть НА - кислота, МОН - основание, МА - образования или соль. Тогда уравнение гидролиза будет иметь вид: МА + Н₂О НА + МОН.
Будем рассматривать достаточно разбавленные растворы. Тогда равновесию реакции (1) при заданной температуре отвечает постоянная величина - константа равновесия
Где Сi - молярные концентрации веществ. Концентрация воды в разбавленных растворах представляет собой практически постоянную величину. Обозначая К. Сн₂о = Кг, получим
Величина Кг называется константой гидролиза соли. Ее значение характеризует способность данной соли подвергаться гидролизу; чем больше Кг, тем в большей степени (при одинаковых температуре и концентрации соли) протекает гидролиз.
Отношение числа молей соли, подвергшихся гидролизу (Сг), к общему числу молей соли в растворе (СМА), называется степенью гидролиза.
Для вещества типа МА величина Сг равна концентрации любого из продуктов гидролиза - реакции (1). Поэтому степень гидролиза может быть определена из соотношений вида:
Используя такие соотношения и выражение (2) для константы гидролиза, можно легко получить уравнение, связывающее степень и константу гидролиза.

1.2 Гидролиз солей слабых кислот и сильных оснований

Если соль образована слабой кислотой и сильным основанием, то реакцию гидролиза можно схематически изобразить так:
М⁺ + А ^- + Н₂О НА + М⁺ + ОН^-. (4)
Связывания иона гидроксония Н⁺ анионами слабой кислоты А ^- приводит нарушению равновесия реакции диссоциации воды
Н₂О Н⁺ + ОН^-
И появлению избыточной концентрации ОН^-. При этом Сн⁺ < Cон ^- и раствор имеет щелочную реакцию. Константа гидролиза реакции (4)
Слабая кислота НА, получающаяся при гидролизе, диссоциирует, хотя и в малой степени, на ионы:

НА Н⁺ + А - (6)
В противном случае гидролиз шел бы до конца - вся соль превращалась бы в НА и МОН. Выразив константу диссоциации слабой кислоты - константу равновесия реакции (6) - следующим образом:
Можно определить через нее отношение
Подставив (7) в (5), получим
Константа гидролиза равна отношению ионного произведения воды к константе диссоциации слабой кислоты.
Найдем степень гидролиза соли. Концентрация негидролизованной соли равна С_МА (1 - a) . Негидролизованная соль в разбавленном растворе полностью диссоциирована на ионы и поэтому ее концентрация равна концентрации аниона
С_МА ^- = С_МА (1 - a). (9)
При гидролизе образуются эквивалентные количества молекул НА и ионов ОН^-. Так как мы рассматриваем соль слабой кислоты, то НА диссоциированна в малой степени. Если пренебречь диссоциацией НА, то можно сказать что, Сон ^- = С_НА. Молекула НА образуется из молекулы соли при гидролизе. Если гидролизовано С_МА*a молей, то
Сон ^- = С_НА= С_МА*a. (10)
Подставив выражения (9) и (10) в уравнение (5), получим
Откуда
С_МА*a² + Кг _* a - Кг = 0 и
a= - +
Второй корень уравнения не имеет физического символа, так как a не может быть меньше нуля.
Если степень гидролиза мала (a << 1), то 1-a » 1 и выражение (11) упрощается
Кг » С _{МА *}a²; a »  (12)
Из выражения (12) видно, что увеличение концентрации соли С_МА приводит к уменьшению степени гидролиза. Разбавление раствора увеличивает степень гидролиза.
Подставив в уравнение (12) значения Кг из выражения (8), получим
a » . (13)
Сравнение степени гидролиза растворов двух солей одинаковой концентрации дает
a₁ » ; a₂» ; и
= , (14)
так как (С _МА) ₁ = (С _МА) ₂
Степень гидролиза обратно пропорциональна корню квадратному из константы диссоциации слабой кислоты.
Используя выражение (10), можно записать
Сон⁺ _* Сон ^- = Кw; Сон⁺ = =
Подставив сюда  из выражения (13), получим
Сн⁺=  = ;
После логарифмирования и перемены знаков
lg Сн⁺ = - Ѕ lg Кw - Ѕ lg Ккисл. + Ѕ lg Сма.
Но - lg Сн ^{+ =} рН; подобные же обозначения можно употребить и для логарифмов констант равновесия.
Тогда
рН= Ѕ рКw + Ѕ рКкисл. + Ѕ lgС_МА. (15)
Из выражения (15) видно, что рН растворов солей слабых кислот и сильных оснований растет с уменьшением константы диссоциации слабой кислоты и с ростом общей концентрации соли. Другими словами, щелочность раствора растет с уменьшением Ккисл. И с ростом С_МА.

1.3 Гидролиз солей сильных кислот и слабых оснований

Реакцию гидролиза соли, образованной сильной кислотой и слабым основанием, схематически можно изобразить так:
М⁺ + А ^- + Н2О МОН + Н⁺ +А ^{- ,} (16) и константа гидролиза
Кг = ^{. (}17)
Раствор имеет кислую реакцию (Сн⁺>Сон^-). Одним из продуктов гидролиза является слабое основание. Диссоциация слабого основания препятствует протеканию гидролиза до конца
МОН М⁺ + ОН ^{- ;}
К осн. = ,
Откуда . (18)
Подставив выражение (18) в (17), получим
Кг = .
Подобно выводу выражения (12), при гидролизе соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой
a » . (19)
Как и в первом случае, увеличение концентрации соли в воде приводит к уменьшению степени гидролиза a. Разбавление раствора увеличивает степень гидролиза. Подставив в уравнение (19) значение Кг, получим
a » . (20)
Степень гидролиза соли обратно пропорциональна корню квадратному из константы диссоциации слабого основания. Рассматривая гидролиз соли слабого основания и сильной кислоты, получим выражение, аналогичное уравнению (15)
РН = Ѕ рКw - ЅрКосн. - Ѕ lgСМА. (21)
Из выражения (21) видно, что рН уменьшается с уменьшением Косн. и с увеличением Сма, или кислотность раствора возрастает с уменьшением константы диссоциации слабого основания и с ростом общей концентрации соли.

1.4 Гидролиз солей слабых кислот и слабых оснований

Особенно глубоко протекает гидролиз солей, образованных слабой кислотой и слабым основанием. Реакция гидролиза:
М⁺ + А ^- + Н²О МОН + НА. (22)
Продукты гидролиза все те же, хотя и слабо, диссоциированы на ионы, вследствие чего гидролиз не доходит до конца. Слабая щелочь диссоциирует следующим образом:
МОН М ⁺ +ОН^-
Косн. = , Откуда  (23).
Слабая кислота диссоциирует так:
НА Н⁺ + А^- ,
Ккисл. = ,
Откуда . (24)
Подставляя выражения (24) и (23) в (22), получим
Кг = . (25)
Если общая концентрация соли С_МА, а степень гидролиза a, то концентрация негидролизованной соли См+ = С_А - = Сма (1-a). Соответственно С_НА= Смон= С_МА* a.
Поэтому из выражения (22) можно получить
Кг= ,
или
и a = . (26)
Из выражения (26) видно, что при гидролизе соли слабого основания и слабой кислоты степень гидролиза не зависит в первом приближении от общей концентрации соли. Если степень гидролиза a мала, т.е. a<< 1, то 1 - X »1 и выражение (26) упрощается
a »
Из выражения (24) получим, принимая во внимание уравнения (25) и (26)
Сн⁺ = Ккисл. = Ккисл. =
Ккисл .
После логарифмирования и перемены знаков
рН= ЅрКw + ЅрКкисл. - ЅрКосн. (27)
Из выражения (27) видно, что если константы диссоциации слабой кислоты и слабого основания одинаковы (Ккисл. = Косн), то рН= Ѕ рКw. Это означает, что раствор имеет нейтральную реакцию, несмотря на гидролиз. Действительно, в этом случае рН=-lgСн^{+ = -} Ѕ lgКw, или Сн⁺ = = (10^-14) Ѕ=10^-7 Из выражения (27) далее видно, что если Ккисл. >Коснов., то рН< ЅрКw, т.е. рН< 7 и раствор имеет кислую реакцию. Если Ккисл. < Коснов., то раствор имеет щелочную реакцию и рН > 7.

1.5 Гидролиз солей многоосновных кислот и оснований

Рассмотрим теперь гидролиз солей, образованных слабой многоосновной кислотой или слабым основанием многовалентного металла. Гидролиз таких солей протекает ступенчато. Так, первая ступень гидролиза карбоната натрия протекает согласно уравнению
Nа₂СО
Nа₂СО₃ + Н₂О  NаНСО₃ + NаОН, или в ионно-молекулярной форме:
+ Н₂О  НСО₃ ^- + ОН^-.
Образовавшаяся кислая соль в свою очередь подвергается гидролизу (вторая ступень гидролиза)
NаНСО₃ + Н₂О  Nа₂СО₃ + NаОН, Или НСО₃ ^- + Н₂О  Nа₂СО₃ + ОН^-.
Как видно, при гидролизе по первой ступени образуется ион НСО₃^-, диссоциация которого характеризуется второй константой диссоциации угольной кислоты
НСО₃^-  Н⁺ + ;
К₂, кисл. =
При гидролизе по второй ступени образуется угольная кислота, диссоциацию которой характеризует первая константа ее диссоциации
НСО₃  Н⁺ +Н ;
К₁, кисл. = .
Поэтому константа гидролиза по первой ступени
Кг,₁=
связана со второй константой диссоциации кислоты, в константа гидролиза по второй ступени
Кг,₂=
с первой константой диссоциации кислоты. Эта связь выражается соотношениями:
Кг,₁=  Кг,₂= .
Поскольку первая константа диссоциации кислоты всегда больше второй, то константа гидролиза по первой ступени всегда больше, чем константа гидролиза по второй ступени: Кг,₁> Кг,₂. По этой причине гидролиз по первой ступени всегда протекает в большей степени, чем по второй. Кроме того, ионы, образующиеся при гидролизе по первой ступени (в нашем примере - ионы ОН ^-), способствуют смещению равновесия второй ступени влево, т.е. также подавляют гидролиз по второй ступени.
Аналогично происходит гидролиз солей, образованных слабым основанием многовалентного металла. Например, гидролиз CuCl_2, который по первой ступени протекает с образованием гидроксохлорида меди
CuCl₂ + Н₂О  CuОНCl +НСl или в ионно-молекулярной форме
Cu²⁺ + Н₂О  CuОН⁺ + Н⁺.
Гидролиз по второй ступени происходит в ничтожно малой степени:
CuОНCl⁺ + Н₂О  Cu (ОН) ₂ + НСl Или CuОН⁺ + Н₂О  Cu (ОН) ₂ + Н.
Примером гидролиза солей многоосновных слабых кислот и слабых оснований может служить гидролиз ацетата алюминия, протекающий до основных солей - гидроксоацетата дигидроксоацетата алюминия:
Аl (СН₃СОО) ₃+ Н₂О  Аl (ОН) (СН₃СОО) ₂+ СН₃СООН;
Аl (ОН) (СН₃СОО) ₂ + Н₂О  Аl (ОН) _{2 (}СН₃СОО) + СН₃СООН.
Рассмотрим для данного случая отдельно гидролиз катиона и гидролиз аниона. Эти процессы выражаются ионно-молекулярными уравнениями:
Аl³⁺+ Н₂О  АlОН² +Н⁺; СН₃СОО ^- + Н₂О  СН₃СООН +ОН ^{- .}
Итак, при гидролизе катиона образуются ионы Н⁺, а при гидролизе аниона - ионы ОН^-. Эти ионы не могут в значительных концентрациях сосуществовать; они соединяются, образуя молекулы воды. Это приводит к смещению равновесия вправо. Иначе говоря, гидролиз катиона и гидролиз аниона в этом случае усиливают друг друга. Если кислота и основание, образующие соль, не только слабые электролиты, но и мало растворимы, или неустойчивы и разлагаются с образованием летучих продуктов, то гидролиз соли часто протекает необратимо, т.е. сопровождается полным разложением соли. Так, при взаимодействии в растворе соли алюминия, например АlCl₃, с карбонатом натрия выпадает осадок гидроксида алюминия и выделяется диоксид углерода
2АlCl₃ + 3 Nа₂СО₃+ 3Н₂О  2Аl (ОН) ₃¯ + 3СО₂­ +6 NаCl или
2Аl³⁺+ 3СО₃^2-+3Н₂О  2Аl (ОН) ₃¯+ 3СО₂­.
Протонная теория кислот и оснований рассматривает гидролиз солей как частный случай кислотно-основного равновесия.

2. Особенности почвенного гидролиза и его значение

Почва - уникальная природная система. Главное свойство почвы - неразрывная связь входящих в нее живых и неживых компонентов. Состав почвы весьма сложен. В ней имеется не только твердая фаза, но также жидкая (почвенный раствор) и газовая (почвенный воздух). Почвенные растворы являются растворами целой массы самых разнообразных веществ - электролитов и неэлектролитов, и коллоидов.
Почва образуется и функционирует как система при сочетании взаимообусловленной жизнедеятельности разных групп организмов. Одной из важных химических функций почв является обмен катионов и анионов, благодаря которому минеральные удобрения и микроэлементы становятся доступными для растений. Когда ионы калия (К⁺), магния (Мg²⁺), кальция (Са²⁺) и других металлов вбираются корнями растений, ион водорода обменивается на ион металла, при этом происходит увеличение кислотности почвы:
Почва} Са²⁺ + 2СО₂ + 2Н₂О®Почва}Н+, Н+ +Са²⁺ (корни) + 2НСО₃^-.
Почва выступает как буфер и сопротивляется изменениям рН. Однако буферная способность существенно зависит от типа почвы. Для почв, бедных известняком, она практически отсутствует; действие кислотных дождей на такие почвы оказывается пагубным, ионообменные процессы нарушаются.
При большом подкислении почвы происходит также переход металлов из оксидов в раствор, а среди них могут быть и такие токсичные для растений металлы, как цинк, железо, марганец и алюминий:
Почва }Н+ , Н+ +ZnО ® Почва }Zn²⁺ +Н₂О.
Повышение кислотности заболоченных почв приводит к выделению Н₂S, крайне токсичного для растений и многих полезных микроорганизмов. Реакция катализируется микроорганизмами, а роль восстановителя играют органические вещества:
SО₄^{2 -} + 2{СН₂О} + 2Н⁺ Н₂S­ +2СО₂­ +2Н₂О.
Понижение кислотности почвы требует затрат и может быть достигнуто введением карбоната кальция:
Почва } ^Н+ + СаСО₃ ®Почва}Са²⁺ СО₂­ +Н₂О
^Н+
Щелочность почвенного раствора вызывается присутствием в почвах не свободных щелочей, а солей слабых кислот и сильных оснований. Из таких солей самое большое распространение имеет имеет в почвах карбонат кальция, но его растворимость, как такового, настолько мала, что о вредном действии его растворов на растения не может быть и речи. Другие щелочные соединения почвы могут быть разбиты на две группы:
1) гуминовокислые щелочи, кремниевокислые щелочи и нормальные карбонаты щелочных металлов,
2) двууглекислые щелочные соли. Соли, входящие в первую группу, имеют то общее, что все они в водных растворах сильно гидролизуются с освобождением иона ОН^-.
Поэтому к действию их на растения как таковых присоединяется еще действие сильно ядовитого иона ОН^-, который нейтрализуется подкислением почв. Двууглекислые щелочные соли, вследствие очень слабой своей электролитической диссоциации, мало оказывают на растения побочного вредного влияния и этим приближаются к СаСО₃.
В главных фосфорных удобрениях фосфорная кислота содержится преимущественно в виде кальциевых солей, причем в апатите, фосфорите, томасшлаке и костяной муке находится трехкальциевый фосфат, а в супер фосфатах - свободная фосфорная кислота, одно - и двухкальциевые фосфаты.
Трехкальциевый фосфат - Са₃ (РО₄) ₂ в воде почти нерастворим, но благодаря тому, что это вещество является солью слабой кислоты и относительно сильного основания, те ничтожные следы, которые оказываются в почвенном растворе, подвергаются гидролизу, вследствие чего равновесие в растворе нарушается, в воду переходит новое количество соли, которое снова гидролизуется и т.д., так что в конце концов в растворе оказывается количественно определимая величина фосфорной кислоты. Гидролиз Са₃ (РО₄) ₂ будет идти до известного предела, а именно до тех пор, пока между ионами Са²⁺ и РО^3-, с одной стороны, и продуктами гидролиза Са²⁺, ОН^-, НРО₄^2-, Н₂РО₄ ^- и Н₃РО₄, с другой стороны, не установится равновесие. Таким образом, увеличивая концентрацию одного из продуктов гидролиза Са₃ (РО₄) ₂, мы тем самым уменьшим количество фосфорной кислоты, переходящей в почвенный раствор из этой соли, и, наоборот, уменьшая концентрацию какого-либо из этих продуктов, мы увеличим это количество. Например, присутствие СаСО₃, СаО или Са (ОН) ₂ с Са₃ (РО₄) ₂ увеличивает концентрацию в почвенном растворе одного из продуктов гидролиза Са₃ (РО₄) ₂, что влечет за собой уменьшение концентрации фосфорной кислоты в растворе и усвоение фосфорных удобрений растениями. В противоположность этому гидролиз FеРО₄ понижает концентрацию ионов ОН^-, что увеличивает количество фосфорной кислоты, переходящей в почвенный раствор.
Таким образом, почвенный гидролиз солей - эффективный регулятор количества растворимых форм полезных элементов в почвенном растворе и процессов обмена ионами между почвой и растениями.

Список использованной литературы

1.       Коровин Н.В. Общая химия. - М.: Высш. шк., 2007
2.       Глинка Н.Л. Общая химия. - М.: Химия, 1998.
3.       Скорчеллетти В.В. Теоретическая электрохимия. - Л.: ГХИ, 1983.
4.       Добровольский В.В. Основы биогеохимии: Учеб. Пособие, - М.: Высш. шк., 2007.
5.       Шустов С.Б., Шустова Л.В. Химические основы экологии: Учеб. Пособие. - М.: Высш. шк., 1995.
6.       Что мы знаем о химии? Вопросы и ответы: Справ. Пособие / Под ред. Ю.Н. Кукушкина. - М.: Высш. шк., 2003.