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.
Vaatame erinevate soolade hüdrolüüsi.
Nõrga happe tugeva aluse soolad on näiteks CH3COONa, NaNO3.
Vaatame lähemalt naatriumetanaadi hüdrolüüsi.
CH3COOH + NaOH ⇆ CH3COONa + H2O.
CH3COOH + Na+ + OH- ⇆ CH3COO- + Na+ + H2O.
CH3COOH + OH- ⇆ CH3COO- + H2O.
CH3COO- + H2O ⇆ CH3COOH + OH-
Näeme, et lahusesse on tekkinud vabu OH- -ioone, mis muudavad lahuse keskkonna aluseliseks.
Vaatame nõrga aluse tugeva happe soola hüdrolüüsi ammooniumkloriidi näitel.
NH3H2O + HCl ⇆ NH4Cl + H2O.
NH3 × H2O + H+ + Cl- ⇆ NH4+ + Cl- + H2O.
NH3×H2O + H+ ⇆ NH4+ + H2O.
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.
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:
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.
Sool | Lahuse keskkond |
Tugeva aluse katioon + tugeva happe anioon | pH ~ 7 |
Tugeva aluse katioon + nõrga happe anioon | pH > 7 |
Nõrga aluse katioon + tugeva happe anioon | pH < 7 |
Nõrga aluse katioon + nõrga happe anioon | pH ~ 7 |
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.