3.8. Soola hüdrolüüs

Miks kõigi soolade lahused pole neutraalsed ehk mis on hüdrolüüs?

Hüdrolüüs on soola ja vee vaheline reaktsioon ning tekib vähedissotsieeruv ühend. Selle tulemusena võib muutuda lahuse pH. Hüdrolüüsuvad on soolad, mis sisaldavad nõrga happe aniooni ja/või nõrga aluse katiooni.

Allikas: https://youtu.be/ZAP1moDv2xQ

Vaatame erinevate soolade hüdrolüüsi.

Nõrga happe ja tugeva aluse soolad

Tugeva aluse ja nõrga happe soola lahus on hüdrolüüsi tõttu aluseline (pH > 7).

Nõrga happe tugeva aluse soolad on näiteks CH₃COONa, NaNO₃.

Vaatame lähemalt naatriumetanaadi hüdrolüüsi.

• Esmalt oleks hea vaadata, millise happe ja aluse vahelisest reaktsioonist sool on tekkinud.
• Nagu paremalt jooniselt näha, tekib naatriumetanaat etaanhappe ja naatriumhüdroksiidi vahelises neutralisatsioonireaktsioonis:

Happe ja aluse vahelise neutralisatsiooni-reaktsiooni kohta vaata siit videost.

CH₃COOH + NaOH ⇆  CH₃COONa + H₂O.

• Kahesuunaline nool võrrandis tähendab seda, et see reaktsioon ei kulge päris lõpuni. Selle reaktsiooni pöördreaktsioon on soola hüdrolüüs.
• Kirjutame välja ioonvõrrandi: 

CH₃COOH + Na⁺ + OH^- ⇆  CH₃COO^- + Na⁺ + H₂O.

• Mõlemal pool kaksiknoolt on naatriumi ioon, mis taandub välja ning saame lühendatud ioonvõrrandi:

CH₃COOH + OH^- ⇆  CH₃COO^- + H₂O.

• Kirjutame välja pöördreaktsiooni ehk soola hüdrolüüsi reaktsiooni:

CH₃COO^- + H₂O ⇆ CH₃COOH + OH^-

Näeme, et lahusesse on tekkinud vabu OH^- -ioone, mis muudavad lahuse keskkonna aluseliseks.

Nõrga aluse ja tugeva happe soolad

Nõrga aluse ja tugeva happe soola lahus on nõrgalt happeline (pH < 7).

Vaatame nõrga aluse tugeva happe soola hüdrolüüsi ammooniumkloriidi näitel.

• Esmalt kirjutame välja reaktsiooni, milles tulemusena antud sool tekib:

NH₃H₂O + HCl ⇆  NH₄Cl  + H₂O.

• Selle reaktsiooni pöördreaktsioon on soola hüdrolüüs.
• Kirjutame välja ioonvõrrandi: 

NH₃ × H₂O + H⁺ + Cl^- ⇆  NH₄⁺ + Cl^-  + H₂O.

• Kloriidiooni saab välja taandada ning saame lühendatud ioonvõrrandi:

NH₃×H₂O + H⁺ ⇆  NH₄⁺  + H₂O.

• Kirjutame välja pöördreaktsiooni ehk soola hüdrolüüsi reaktsiooni:

NH₄⁺  + H₂O  ⇆  NH₃H₂O + H⁺. 

Näeme, et lahusesse tekib vesinikioone, mis muudavad lahuse keskkonna happeliseks.

Sool hüdrolüüsub seda tugevamini, mida nõrgem alus või hape hüdrolüüsil tekib. Eriti tugevasti hüdrolüüsuvad nõrga happe ja nõrga aluse soolad, kuigi nende lahuste pH ei pruugi neutraalsest erineda. Lihtsalt nii soola anioon kui ka katioon seotakse vähedissotsieeruvatesse ühenditesse.

Siiani vaatlesime vaid ühelaenguliste ioonidega soolasid. Nüüd vaatleme hüdrolüüsi seisukohalt keerukamaid süsteeme ehk astmelist hüdrolüüsi.

Vaata ka osa "Astmeline dissotsiatsioon, mitmeprootonilised happed".

Kui vette lisada naatriumikarbonaati Na₂CO₃, siis tekib nõrga süsihappe anioone:

Na₂CO₃ (t) → 2Na⁺ (l) + CO₃²⁻ (l).

CO₃²⁻ ioonide ja vee vahel tekib hüdrolüüsitasakaal:

CO₃²⁻ + H₂O ⇆ HCO₃⁻  + OH⁻

Tekkinud HCO₃⁻   ja vee vahel tekib samuti hüdrolüüsitasakaal:

HCO₃⁻ + H₂O ⇆ H₂CO₃ + OH⁻

Mõlemas hüdrolüüsiastmes vabaneb hüdroksiidioone ja sellepärast on Na₂CO₃ ehk pesusooda vesilahuse pH märgatavalt kõrgem ja hüdrolüüs tugevam kui  NaHCO₃ ehk söögisooda ühestmelise hüdrolüüsi korral.

Nüüd oleme valmis võrdlema erinevate katioonide hüdrolüüsi:

Joonis 1. Katiooni mõju soolalahuse pH-le. Allikas: https://schoolbag.info/chemistry/central/153.html

Jooniselt on näha katiooni mõju soolalahuse pH-le. NaNO₃ ei hüdrolüüsu, kaltsiumnitraat praktiliselt ei hüdrolüüsu, aga tsinknitraadi ja akumiiniumnitraadi lahused on happelised. Kõige tugevamini hüdrolüüsub Al(NO₃)₃. Lahustele annavad värvuse erinevad indikaatorid (vasakult paremale): bromotümoolsinine, bromotümoolsinine, metüülpunane ja metüüloranž.

Tabel 1. Hüdrolüüsunud soola lahuse pH

  Loe lisaks: Mis on puhverlahused?

Paljude reaktsioonide läbiviimiseks on vaja, et pH reaktsiooni käigus ei muutuks. Ka elusorganismide häireteta toimimiseks on vaja püsivat pH-d. Selliseid lahuseid, mille pH väikese koguse happe või aluse lisamisel ei muutu, nimetatakse puhverlahusteks.

Puhverlahus koosneb nõrgast happest või alusest ja sellele vastavast soolast.

Puhverlahusete mõju põhineb nõrga elektrolüüdi dissotsiatsioonitasakaalul. Võtame näiteks nõrga etaanhappe CH₃COOH ja sellele vastava soola CH₃COONa segu ja vaatame, mis muutub happe või alusel lisamisel etaanhappe dissotsiatsioonitasakaalus: CH₃COOH  ⇆ CH₃COO^- + H⁺

Kuna etaanhappe lahusesse lisada tema soola, siis nihkub dissotsiatsioonitasakaal vasakule (ütleme, et soola anioonid tõrjuvad happe dissotsiatsiooni tagasi). Tekib puhverlahus, kus etaanhape ja etanaatioonid on tasakaalus.

Kui nüüd lisada veidi NaOH-d, siis seotakse osa vesinikioone vees, aga selle tulemusel nihkub tasakaal paremale ehk osa etaanhappest dissotsieerub ja pH praktiliselt ei muutu.

Kui lisame puhverlahusele näiteks veidi soolhapet, siis lisanduvad vesinikioonid nihutavad tasakaalu vasakule, st vesinikioone seotakse vähedissotsieeruvasse etaanhappesse. Selle tulemusena jääb pH praktiliselt samaks.