Химическая характеристика природных вод - объектов эколого-аналитического контроля
3. Гидролиз солей, предельное значение степени гидролиза солей в природных водах
Природные воды содержат примеси различных солей, обусловливающих в значительной степени вкус воды, ее санитарно-токсикологические характеристики. Концентрации солей могут изменяться в широких пределах как в пресных, так и в соленых водах. Некоторые соли подвергаются гидролизу. При этом изменяется рН среды, а также химическая форма катионов или (и) анионов соли. Глубину гидролиза обычно оценивают степенью гидролиза h:
(6)
С - аналитическая концентрация соли в растворе, моль/л.
Из общего курса химии известно, что в растворах солей, образованных сильным основанием и слабой кислотой, среда щелочная:
В растворах таких солей имеет место гидролиз по аниону, обусловленный связыванием аниона соли при взаимодействии с водой в малодиссоциирующую слабую кислоту. Степень гидролиза такой соли в области макроконцентраций определяется уравнением:
(7)
При этом в растворе гидролизующейся соли двухосновной кислоты присутствуют две химические формы аниона соли - исходный анион (карбонат) и образующийся в результате гидролиза малодиссоциирующий анион (гидрокарбонат-ион).
В растворах солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой, среда кислая:
Имеет место гидролиз по катиону, обусловленный связыванием катиона соли при взаимодействии с водой в малодиссоциирующее основание. Степень гидролиза такой соли в области макроконцентраций определяется уравнением:
(8)
При этом в растворе гидролизующейся соли двухвалентного металла присутствуют две химические формы катиона соли - исходный катион металла и малодиссоциирующий основной катион.
В растворах солей, образованных слабым основанием и слабой кислотой, реакция среды зависит от силы соответствующих кислот и оснований (может быть слабо кислой или слабо щелочной). Соответственно увеличивается и число химических форм катионов и анионов соли.
Гидролиз соли приводит к изменению рН среды. Формально этот процесс аналогичен «добавлению» к воде некоторого количества кислоты или основания. При рассмотрении влиянии кислот и оснований на рН воды было показано, что в области малых концентраций ( 10-7 моль/л и менее ) среда нейтральная, рН=7. Степень гидролиза солей зависит от концентрации и увеличивается с разведением раствора. Однако в очень разбавленных растворах, когда, несмотря на гидролиз, рН раствора приближается к 7, степень гидролиза приближается к предельно возможному для данной соли значению:
или (9)
(10)
Косн - константа электролитической диссоциации образующегося при гидролизе слабого основания (при гидролизе соли по катиону),
Ккисл - константа электролитической диссоциации образующейся при гидролизе слабой кислоты (при гидролизе соли по аниону).
Приблизительная концентрация соли в растворе (моль/л), при достижении которой дальнейшее разбавление не приводит к заметному увеличению степени гидролиза, определяется выражением:
или (11)
В большинстве случаев степень гидролиза солей не превышает 5% ( в области макроконцентраций). Из сильно гидролизующихся солей следует указать следующие (при концентрации 0,1 моль/л): карбонат натрия (69%), фосфат натрия (34%), сульфид аммония (99%). Труднорастворимые соли практически не подвергаются гидролизу. Соли очень слабых кислот и оснований (сульфиды хрома и алюминия, карбонат алюминия, силикат аммония) в водных растворах гидролизуются необратимо с образованием соответствующих слабых оснований и слабых кислот. При этом, как правило, один из продуктов гидролиза малорастворим в воде.
Предельно возможные значения степени гидролиза при микроконцентрациях соли в зависимости от рК слабого основания.
Если соль образована основанием с рК около 8, то максимально возможная степень гидролиза достигает приблизительно 91% в растворах с концентрацией соли около 10-7 моль/л. Дальнейшее уменьшение концентрации (разбавление раствора) не вызывает заметного увеличения степени гидролиза соли.