Soola hüdrolüüsi aruteluküsimuste näide
Soola hüdrolüüs on keemiline nähtus, mis hõlmab soola reaktsiooni veega, mille käigus tekib kõrvalproduktina hape või alus. See protsess on keemiatundides sageli oluline teema, sest soola hüdrolüüsi mõistmine võib anda põhjaliku ülevaate lahuste omadustest ja aidata lahuste pH määramisel. Selles artiklis käsitleme mitmeid soola hüdrolüüsiga seotud näidisprobleeme ja nende lahendusi.
Soola hüdrolüüsi põhimõisted
Soola hüdrolüüs toimub siis, kui sool laguneb vees ja selle ioonid reageerivad veemolekulidega, moodustades happe või aluse. Kõik soolad ei hüdrolüüsu vees; mõned on neutraalsed, mis tähendab, et need ei muuda lahuse pH-d. Siiski võivad mõned soolad moodustada happelisi või aluselisi lahuseid, olenevalt soola moodustanud happe ja aluse allikast.
Selle mehhanismi mõistmiseks on oluline teada järgmist:
– Tugevate hapete ja tugevate aluste (näiteks NaCl) soolad tavaliselt ei hüdrolüüsu ja lahus jääb neutraalseks.
– Nõrkade hapete ja tugevate aluste soolad (näiteks CH3COONa) moodustavad tavaliselt aluselisi lahuseid.
– Tugevate hapete ja nõrkade aluste (näiteks NH4Cl) soolad moodustavad tavaliselt happelisi lahuseid.
– Nõrkade hapete ja nõrkade aluste soolad võivad veega reageerida ja määrata lõpliku pH, mis sõltub happe ja aluse suhtelisest tugevusest.
Näidisküsimused ja arutelu
Küsimus 1: Kaaliumatsetaadi (CH3COOK) hüdrolüüs
Küsimus:
Kas kaaliumatsetaadi (CH3COOK) lahus on happeline, aluseline või neutraalne? Kirjutage üles tekkinud hüdrolüüsireaktsioon ja määrake lahuse pH.
Arutelu:
Kaaliumatsetaat (CH3COOK) on nõrga happe (äädikhape, CH3COOH) ja tugeva aluse (kaaliumhüdroksiid, KOH) sool. Sellest võime järeldada, et CH3COOK lahus on tõenäoliselt aluseline, kuna atsetaatioon (CH3COO⁻) võib vees hüdrolüüsuda.
Reaktsioon on järgmine:
\[ CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^- \]
Atsetaatioonid (CH3COO⁻) võtavad veest (H2O) vastu prootoneid (H⁺), moodustades äädikhapet (CH3COOH) ja hüdroksiidioone (OH⁻). Hüdroksiidioonide (OH⁻) olemasolu lahuses muudab selle aluseliseks.
pH määramiseks on vaja teada OH⁻ ioonide kontsentratsiooni. Näiteks on meil 0,1 M CH3COOK lahus ja äädikhappe ionisatsioonikonstant (Ka) on 1,8 × 10⁻⁵.
Võetud sammud on järgmised:
1. Kasutades CH3COO⁻ iooni baaskonstanti (Kb):
\[K_b = \frac{K_w}{K_a} = \frac{10^{-14}}{1,8 × 10^{-5}} = 5,56 × 10^{-10} \]
2. Dissotsieerige CH3COO⁻ ioone lahuses:
\[K_b = \frac{[CH_3COOH][OH^-]}{[CH_3COO^-]} \]
Olgu dissotsiatsiooniaste 'x':
\[5,56 korda 10^{-10} = \frac{x^2}{0,1-x} \]
Ignoreerides nimetajas väikest x-i, saame lihtsustada:
\[ x^2 \umbes 5,56 \korda 10^{-11} \Paremale suunatud nool x = \sqrt{5,56 \korda 10^{-11}} = 7,45 \korda 10^{-6} \]
OH⁻ kontsentratsioon:
\[[OH^-] = 7,45 korda 10^{-6} \]
lahuse pOH:
\[pOH = -\log [OH^-] = -\log (7,45 × 10^{-6}) \um 5,13 \]
Kasutades pH ja pOH vahelist seost:
\[ pH = 14 – pOH = 14 - 5,13 = 8,87 \]
Seega on CH3COOK lahus aluseline, pH-ga umbes 8,87.
Küsimus 2: Ammooniumkloriidi (NH4Cl) hüdrolüüs
Küsimus:
Kas ammooniumkloriidi (NH4Cl) lahus on happeline, aluseline või neutraalne? Kirjutage üles tekkinud hüdrolüüsireaktsioon ja määrake lahuse pH.
Arutelu:
Ammooniumkloriid (NH4Cl) on tugeva happe (HCl) ja nõrga aluse (NH3) sool. Sellest võime järeldada, et lahus on happeline, kuna ammooniumiioon (NH4⁺) võib vees hüdrolüüsuda.
Reaktsioon on järgmine:
\[ NH_4^+ + H_2O \rightleftharpoons NH_3 + H_3O^+ \]
Ammooniumiioonid (NH4⁺) loovutavad prootoneid (H⁺) veemolekulidele (H2O), moodustades ammoniaaki (NH3) ja hüdrooniumiioone (H3O⁺). Hüdrooniumiioonide (H3O⁺) olemasolu selles lahuses muudab lahuse happeliseks.
Näiteks on meil 0,1 M NH4Cl lahus. NH3 aluse ionisatsioonikonstant (Kb) on 1,8 × 10⁻⁵.
Võetud sammud on järgmised:
1. Kasutades NH4⁺ iooni happekonstanti (Ka):
\[K_a = \frac{K_w}{K_b} = \frac{10^{-14}}{1,8 × 10^{-5}} = 5,56 × 10^{-10} \]
2. NH4⁺ ioonide dissotsiatsioon lahuses:
\[ K_a = \frac{[NH_3][H_3O^+]}{[NH_4^+]} \]
Olgu dissotsiatsiooniaste 'x':
\[5,56 korda 10^{-10} = \frac{x^2}{0,1-x} \]
Ignoreerides nimetajas väikest x-i, saame lihtsustada:
\[ x^2 \umbes 5,56 \korda 10^{-11} \Paremale suunatud nool x = \sqrt{5,56 \korda 10^{-11}} = 7,45 \korda 10^{-6} \]
H3O⁺ kontsentratsioon:
\[[H_3O^+] = 7,45 korda 10^{-6} \]
Lahuse pH:
\[pH = -\log [H_3O^+] = -\log (7,45 korda 10^{-6}) \um 5,13 \]
Seega on NH4Cl lahus happeline, pH-ga umbes 5,13.
Mõlemas ülaltoodud näites näeme, kuidas hüdrolüüsi tüübi tuvastamine aitab määrata lahuse olemust. Rakendades ionisatsiooni tasakaalukonstanti (Ka või Kb) ja mõnda lihtsat eeldust, saame need probleemid üsna lihtsalt lahendada.
See soolahüdrolüüsi probleemide arutelu mitte ainult ei treeni analüütilisi oskusi matemaatilistes arvutustes, vaid süvendab ka lahusekeemia põhimõistete mõistmist. Arusaamine sellest, kuidas erineva päritoluga ioonid panustavad veemolekulidesse prootoneid või aktseptoreid ja kuidas see mõjutab lahuse pH-d, on paljude keemia edasijõudnute teemade omandamiseks ülioluline.
