Гидролиз солей

1.

Кафедра общей и медицинской химии
"Гидролиз"
1

2.

Граф структуры
Химическое равновесие
смещение равновесия
Теория электролитической
диссоциация
Гидролиз солей
Гидролиз-процесс,
Обратный
нейтрализации
Константа
гидролиза
Смещение
равновесия
Ссоли
Вывод и связь
со степенью
гидролиза
Сущность,причина
и следствие
гидролиза
t
рН
среды
Гидролиз как
Равновестный
процесс
Слабых кислот
и сильных
оснований
Случаи
гидролиза
солей
Слабых оснований
и сильных кислот
Роль гидролиза
в биохимических
процессах
Слабых кислот
и слабых оснований
Гидролиз солей с
многовалентными
ионами
Расчёт
рН среды
2

3.

Гидролиз солей - процесс взаимодействия ионов соли с
составными частями воды (Н+ и ОН–).
Причина-образование малодиссоциированных соединений
(слабых электролитов)
Следствие – сдвиг равновесия диссоциации (ионизации)
воды, который сопровождается изменением кислотности
среды вследствие накопления Н+ или ОН– ионов.
3

4.

Гидролиз – процесс:
обратимый ( ↔ )
ступенчатый
эндотермический (-Q), так как обратен реакции
нейтрализации.
Гидролиз идет по слабому компоненту соли!
Кислотность определяет сильный компонент!
Количественно гидролиз характеризуется
гидролиза Кг и степенью гидролиза h.
константой
4

5.

К сильным электролитам относятся:
1. Кислоты - НСI , НВг , HI , H2SО4 , H2S2O7 , HNО3 , HCIО4 ,
HCIО3 , HМnО4 , H2CrО4 H2Cr2О7
2. Щелочи: I группа - LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH
II группа - Ca (OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2
3. Все растворимые соли (см. таблицу растворимости)
5

6.

Определить кислотность среды (рН)
следующих растворов:
1)BaCl2,
4)Sr(NO2)2,
7)Na2SO3,
10)Na2SO4,
13)K2CO3,
16)NH4NO3,
19)Na2S,
22)Na2S,
25)NaNO2,
28)K2CO3,
31)NaNO3,
34)Fe(NO3)3,
2)Sr(NO3)2,
5)CaI2,
8)KNO2,
11)RbNO3,
14)Na2SO3,
17)BaCl2,
20)Na2SO4,
23)KNO3,
26)KCH3COO,
29)MgBr2,
32)NH4NO3,
35)FeSO4 ,
3)K3PO4,
6)NH4Br,
9)CsCl,
12)KHCOO,
15)CuCl2,
18)NaHСO3,
21)K2SiO3,
24)SrCl2,
27)Al(NO3)3,
30)CsNO2
33)K3PO4,
36)NaHSO3
6

7.

Варианты гидролиза:
1.
Соль образована одноосновной слабой кислотой и
однокислотным сильным основанием (NaСN, CH3COONa,
NaNO2…) – среда щелочная
CH3COONa H 2O NaOH CH3COOH
CH3COO H 2O OH CH3COOH
Константа гидролиза Кг
[OH ][CH3COOH]
Кр
[H 2O][CH3COO ]
Так как [H2O] практически постоянна,
[OH ][CH3COOH]
К р [ H 2 O] К г
[CH3COO ]
7

8.

[OH ][CH3COOH]
Кг
[CH3COO ]
Домножим числитель и знаменатель на [H+]:
[H ][OH ][CH 3COOH] K H 2O
Кг
[H ][CH 3COO ]
К д (к)
Кг
K H 2O
К Д CH 3COOH
10 14
10
Кг
5
,
7
·
10
1,75·10 5
Значение Кг показывает, что в момент равновесия произведение
концентраций исходных веществ примерно в миллиард раз
больше, чем продуктов реакции, что говорит об относительно
8
небольшой степени протекания гидролиза.

9.

Вывод степени гидролиза h
CH3COO H 2O OH CH3COOH
[OH-]=[CH3COOH]
[OH ][CH3COOH]
Кг
[CH3COO ]
[OH ]2
Кг
Сс
Кг
(1)
K H 2O
К д(к)
(2)
Приравнивая формулы (1) и (2), получим:
2
K H 2O
[OH ]
(3)
Cc
К Д (к)
9

10.

CH3COO H 2O OH CH3COOH
h
Cгидр
Cc
;
[OH ]
h
[OH ] Cc ·h
Cc
[OH ]2 K H 2O
(3)
Cc
К Д (к)
[OH ] Cc ·h
Подставим
2
c
в уравнение (3)
2
K H 2O
K H 2O
C ·h
h
Cc
К Д(к)
Cc ·К Д ( к )
10

11.

Вывод формулы для расчёта pH
[OH ]2 K H 2O
(3)
Cc
К Д (к)
CH3COONa ( рН>7 )
[OH ]
K H 2O ·Cc
Kд к
1
1
1
pOH lg K H 2O lg Cc lg K д к
2
2
2
pH 14 pOH
1
1
pH 7 pКд к lg Cc
2
2
11

12.

2.
Соль образована одноосновной сильной кислотой и
однокислотным слабым основанием (NH4Cl, NH4NO3…) –
среда кислая
1
1
pH 7 pK осн lgC c
2
2
Кг
h
K H2O
Cc·K осн
;
K H2O
NH4Cl рН<7
K д осн
[H ]
K H2O·C c
K осн
12

13.

3. Соль образована слабым однокислотным основанием и
слабой одноосновной кислотой (NH4CN, CH3COONH4…) –
среда ≈ нейтральная рН не зависит от концентрации соли,
гидролиз проходит достаточно глубоко
1
1
pH 7 pK к pК осн
2
2
h
Кг
K H 2O
К к·Kосн
;
K H 2O
K NH4OH ·K HCN
[H ]
CH3COONН4+ ( рН ≈ 7 )
K H 2O·К к
K осн
10 14
0,9
10
5
6,2·10 ·1,75·10
13

14.

Общий взгляд:
1. Соль образована одноосновной слабой кислотой и
однокислотным сильным основанием (NaСN, CH3COONa,
NaNO2…) – среда щелочная
1
1
pH 7 pК д к lg Cc
2
2
2. Соль образована одноосновной сильной кислотой
однокислотным слабым основанием (NH4Cl, NH4NO3…) –
среда кислая
и
1
1
pH 7 pK осн lgC c
2
2
3. Соль образована слабым однокислотным основанием и слабой
одноосновной кислотой. рН не зависит от концентрации соли, - среда ≈
нейтральная
1
1
pH 7 pK к pК осн
2
2
14

15.

Гидролиз кислых солей
Параллельно с гидролизом в растворах кислых солей
протекает диссоциация кислотного остатка, поэтому при
оценке значения рН необходимо сравнить константы
гидролиза (Кг) и диссоциации кислоты по второй ступени (К2):
NaHSO 3 H 2O
NaOH H 2SO3
Кг
а) HSO3 H 2O
OH H 2SO3
К2
б) HSO3
H SO3
В данном случае
намного меньше, чем
Кг
K H 2O
K1( H 2SO3 )
2
10 14
13
6
,
3
·
10
1,6·10 2
K 2( H2SO3 ) 6,3·10
следовательно, среда будет слабокислой.
8
15

16.

Расчет степени гидролиза концентрации ионов водорода и
рН среды для кислых солей
K2 к
h 2
;
К1 к
[H ] К1 к ·K 2 к
или
pH 1 pK 1 pK
2 1к 2 2 к
Раствор питьевой соды NaHSO3 имеет слабокислотную среду:
[H ] К1 к ·K 2 к 1.7 10 2 6.2 10 8 3.25 10 5
рН 4.49
Раствор питьевой соды NaHCO3 имеет слабощелочную среду и
используется в медицине для предотвращения ацидозов
7
[H ] К1 к ·K 2 к 4.5 10 4.8 10
рН 8.33
11
4.65 10
9
16

17.

Растворы кислых солей фосфорной кислоты
имеют различный характер среды:
NaH2PO4 – кислая
[H ] К1 к ·K 2 к 7.5 10 3 6.3 10 8 2.06 10 5
рН 4.69
рК1 рК 2
рН
2
Na2HPO4 - щелочная
8
[H ] К 2 к ·K 3 к 6.3 10 1.3 10
12
2.06 10
5
рН 9.54
рК 2 рК 3
рН
2
17

18.

Ступенчатый гидролиз
В случае солей многоосновных кислот или
многокислотных оснований процесс гидролиза протекает
ступенчато
1- я ступень: Na 2СO3 H 2O NaOH NaHCO 3
2
CO3 H 2O OH HCO3
2-я ступень:
NaHСO 3 H 2O NaOH H 2CO3
HCO3 H 2O OH H 2CO3
K H 2O
K H 2O
4
Кг 1
2,1·10 ;
Кг 2
2,2·10 8
Kд 2
Kд1
1
1
pH 7 pKд2 к lg Cc
2
2
Сравнение величин Кг1 и Кг2 показывает, что практически гидролиз
протекает только по первой ступени.
Cмещением равновесия вправо ( нагреванием и разбавлением
раствора – согласно принципу Ле-Шателье) можно добиться в ряде
18
случаев реализации гидролиза по второй и даже по третьей ступени.

19.

Смещение равновесия
обратимого гидролиза
19

20.

1. Влияние температуры:
Так как реакция нейтрализации экзотермична
(ΔHo = -56,5 кДж/моль), то противоположный ей процесс гидролиза
является эндотермическим. В соответствии с принципом ЛеШателье
с повышением температуры степень гидролиза растет.
20

21.

2. Добавление кислот и щелочей.
Если при обратимом гидролизе накапливаются ионы Н+, в
соответствии с принципом Ле Шателье процесс подавляется
при подкислении и усиливается при подщелачивании.
При накапливании ионов ОН- гидролиз подавляется при
подщелачивании и усиливается при добавлении кислот.
3. Разбавление раствора увеличивает степень гидролиза
h
K H 2O
Cc·Kê
21

22.

Необратимый гидролиз
Если какое-либо из образующихся в процессе гидролиза
веществ накапливается в растворе в таких количествах, что
станет возможным выделение его в осадок или
улетучивание в виде газа, то гидролиз будет необратимым,
что приведет к полному разложению соли водой:
Al 2S3 6H 2O 2Al(OH) 3 3H 2S
2AlCl 3 3Na 2CO3 3H 2O 2Al(OH) 3 3CO 2 6 NaCl
или
2Al3 3CO32- 3H 2O 2Al(OH) 3 3CO2
Соли, подвергающиеся необратимому гидролизу:
Cr2S3 , Al 2 (CO 3 )3 , Cr2 (CO 3 )3 , Fe 2 (CO 3 )3
22

23.

Роль гидролиза биоорганических соединений
в процессах жизнедеятельности
1. Каждый из ферментов активен при строго определенных
значениях рН:
пепсин желудочного сока активен при рН 1,5–2,0,
каталаза крови – при рН 7,0;
тканевые кетапсины при реакции среды, близк
к нейтральной, катализируют синтез белка,
а при кислой реакции расщепляют его.
23

24.

2. Без ферментативного гидролиза невозможно усвоение
пищевых продуктов (жиры, углеводы, белки) , так как
всасываться в кишечнике способны только относительно
небольшие молекулы.
Жиры в желудочно-кишечном тракте расщепляются водой на
более мелкие фрагменты.
Усвоение полисахаридов и дисахаридов становится
возможным лишь после полного их гидролиза ферментами
до моносахаридов.
Ионы водорода катализируют гидролиз сложных
жиров, сахарозы.
Белки гидролизуются до веществ, которые лишь потом могут
усваиваться.
24

25.

Углеводы – CnH2nOn
(сахар, хлеб, крупы, макаронные изделия)
В процессе усвоения углеводы расщепляются до моносахаридов,
которые далее окисляются до СО2 и Н2О.
Калорийность углеводов составляет в среднем
16,5-17,2 кДж/г (4,0-4,1 ккал/г).
Покрытие энергетических затрат
55–60%
Норма суточного потребления 360-500 г
При правильном питании суточное потребление углеводов должно
по массе в 4-5 раз превышать количество белков или жиров
25

26.

Гидролиз сахарозы
Глюкоза- один из основных
источников энергии для всех
клеток.
Образует полисахариды:
в клетках растений- крахмал,
в клетках животных- гликоген.
CH 2 OH
H
О
H
OH H
H
1
OH
H
CH 2 OH
H
H
OH
+
OH О
О
OH 2
CH 2 OH
H
Сахароза
+
H2 O
T0 , H
CH 2 OH
CH 2 OH О
H
H
OH
OH
OH С
CH 2 OH
H
Фруктоза
2
+
H H
OH
OH
H
О
H
H
OH
OH
Глюкоза
26

27.

Белки - основной строительный материал клеток
(рыба, творог, сыр, говядина, крупы)
Вещества, молекулы которых состоят из остатков -аминокислот,
связанных в длинные цепи пептидными связями.
Конечными продуктами окисления являются СО2 и Н2О, а также
мочевина, аммонийные соли, мочевая кислота, аспарагин и
некоторые другие, выводимые из организма с мочой и потом.
калорийность 16,5-17,2 кДж/г
(4 – 4.2 ккал/г)
покрытие энергетических
затрат -15–20 %.
Норма суточного потребления 80–100 г,
(при тяжелом физическом труде 130 -140 г)
27

28.

Жиры - сложные эфиры глицерина и жирных кислот.
(масло растительное и животное, яйцо, говядина)
CH2
O
CO R
CH
O
CO R'
CH2
O
CO R''
где R, R' и R" — радикалы жирных кислот. наибольшее значение
из которых имеют стеариновая С17Н35СООН, пальмитиновая
С15Н31СООН и олеиновая С17Н33СООН.
Калорийность жиров более чем в два раза превосходит таковую
углеводов: 37,7-39,8 кДж/г (9,0-9,5 ккал/г).
Покрытие энергетических затрат - 20–25 %
Норма суточного потребления – 90-100 г
28

29.

O
CH2 O
C
O
(CH2)16 CH3
C
O
C
O
(CH2)16 CH3
CH23 O
C
(CH2)16 CH3
Тристеарин – компонент
сала и некоторых твердых
растительных жиров
29

30.

3. Гидролиз АТФ - источник энергии в организме
Человек получает энергию как за счет многостадийного процесса
окисления пищи — белков, жиров и углеводов, так и за счет
гидролиза некоторых сложных эфиров, амидов, пептидов и
гликозидов.
Космические ракеты высотой с
башню устремляются в небо за счет
громадной энергии, что выделяется
при сжигании водорода в чистом
кислороде.
Эта же энергия поддерживает
жизнь и в клетках нашего тела. В
них реакция окисления протекает
поэтапно. Кроме того, сначала
вместо тепловой и кинетической
энергии наши клетки создают
клеточное «топливо» — АТФ.
30

31.

Главным источником энергии для биологических процессов
биосинтеза белка, ионного транспорта, сокращения мышц,
электрической активности нервных клеток является АТФ:
Аденозин
(нуклеозид)
NH2
Трифосфат
HO
N
O
O
O
P O
P O
P
OH
OH
OH
Высокоэнергетическая
концевая
фосфатная группа
O
CH2
H
N
N
N
O
H
H
OH
H
OH
АМФ
АДФ
АТФ (нуклеотид)
Гидролиз АТФ:
АТФ4- + Н2О
→
АДФ3- + НРО42- +Н+
31

32. Образование АТФ в клетке происходит в митохондриях за счет энергии, выделяющейся при биологическом окислении.

32

33.

NH2
O
HO
P
OH
O
O
P
N
O
O
OH
P
O
CH2
OH
H
N
O
H
H
OH
H
OH
O
→
Цитозинтрифосфат
(нуклеотид)
NH2
N
HOCH2
H
N
O
H
H
OH
H
OH
+ Σ фосфатов
O
Цитозин
(нуклеозид)
33

34.

При расщеплении макроэргической связи выделяется энергия,
равная 32 кДж/моль, поэтому АТФ во многих биохимических
процессах выступает в роли «поставщика» энергии.
34

35.

4. Гидролиз –один из важнейших путей метаболизма
лекарственных препаратов и пищевых продуктов
Процесс гидролиза может
идти:
В плазме крови
На клеточных мембранах
В цитоплазме клеток
Во внутренних органеллах,
в частности в лизосомах
35

36.

Большинство лекарственных веществ метаболизируются в
печени, располагающей для этого набором ферментных систем
весьма большой мощности.
Эти ферментные системы локализованы либо в митохондриях,
либо в микросомах, либо в гиалоплазме.
36

37.

Гидролиз ацетилсалициловой кислоты
O
C
H+
O
C
O
H 2O
OH
OH + CH3
O
C
OH
COOH CH
3
37

38. Среди производных парааминобензойной кислоты (ПАБК) с местной анестезирующей активностью наиболее изучен новокаин.

O
NH 2
C
C 2H 5
O
HCI
CH2 CH2 N
C 2H 5
Его гидролиз у человека эстеразами плазмы
осуществляется очень быстро.
38

39.

Новокаинамид (вторичный амин)
имеет алифатический заместитель при атоме азота.
O
NH 2
C
C2H5
NH
HCI
CH2 CH2 N
C2H5
Гидролиз его в организме по сравнению с новокаином
протекает намного медленнее.
Новокаинамид более стоек, чем новокаин, и менее токсичен.
Способен понижать возбудимость и проводимость сердечной
мышцы. Применяется при расстройствах сердечного ритма.
OH
O
C
O
CH3
Анестезин, местный анестетик
39

40.

Гидролиз уротропина
( дезинфицирующее средство при воспалении мочевых путей)
В организме (pH<7)
распадается с образованием
формальдегида (антисептические
свойства).
(CH)6N4 + 6Н2О + 4H+—> 6НСНО + 4NH4+
формальдегид
40

41.

Гидролиз амидов, включая протеолиз белков и пептидов,
содержащих амидную связь
RCNR'
гидролиз
RCOOH + R'NH2
O
O
CH3 C
NH2
Этанамид (ацетамид)
41

42.

O
CH3CH2 C
N – циклобутилпропанамид
N
H
O
Br
CH2 C
NH
CH3
2-бром-N-метилэтанамид
O
Ñ
NH
O
C
CH3
N-метилциклопентанкарбоксамид
CH2CH3
N
CH2CH3
N,N-диэтилбензамид
COOH
42

43.

Гидролиз мочевины
(амид угольной кислоты)
NH2 – CO – NH2 + H2O → 2NH3↑ + CO2↑
43

44.

5. Гидролиз сложных эфиров
O
C
H3C
O
H2Ñ
Бензилацетат, ответственен за запах жасмина
44

45.

CH3
C
O
O
(CH2)4
CH3
Пентилацетат
45

46.

CH3
C
O
O
(CH2)7
CH3
Октилацетат
46

47.

NH2
C
O
O
CH3
Метилантранилат
47

48.

OH
O
C
O
CH3
Метилсалицилат
O
CH3 C
O
CH2 CH3
Этилацетат
(растворитель для удаления
маникюрного лака)
48

49.

O
CH3CH2CH2 C
O
CH2CH3
Этилбутанат
O
CH3
C
O
CH2 CH2 CH
CH3
CH3
Изопентилацетат
49

50. Спасибо за внимание!

50