水化作用:
物质与水发生化合叫水化作用,又称水合作用,(一般指分子或离子的水合作用。)
水溶液中离子一般均以水化离子的形式存在。根据X射线衍射分析,液态水是微观晶体,在短程和短时间内具有与冰相似的结构,即1个中心水分子周围有4个水分子占在四面体的顶角包围着它,四面体结构是通过氢键形成的。5个水分子没有占满四面体的全部体积,是一个敞开式的松弛结构。离子溶入水中后,离子周围存在着一个对水分子有明显作用的空间,当水分子与离子间相互作用能大于水分子与水分子间的氢键能时,水的结构就遭到破坏,在离子周围形成水化膜。紧靠离子的第一层水分子定向地与离子牢固结合,与离子一起移动,不受温度变化的影响,这样的水化作用称原水化或化学水化,它所包含的水分子数称为原水化数。第一层以外的水分子也受到离子的吸引作用,使水的原有结构遭到败坏,但由于距离稍远,吸引较弱,与离子联系较松,这部分水化作用称二级水化或物理水化。它所包含的水分子数随温度的变化而改变,不是固定值。用不同方法测定原水化数,所得结果相差很大,这是因为不同方法测出的数值,都是原水化数加上部分二级水化数。用不同方法测出的常见离子的水化数见表。由表中数据可以看出离子半径小,电荷数大的离子水化数大,在它周围的水分子多,这些水分子都定向地牢固地与离子结合,失去了独立运动的能力。离子周围的第一层水分子数虽然不变,但并不是同一个水分子永久地无限期地留在离子周围,而是与外界的水分子不断地相互交换,只是保持水化数不变。离子水化作用产生两种影响,一是离子水化作用减少溶液“自由”水分子的数量,增加离子体积,因而改变电解质溶液中电解质的活度系数(使Y±增大)和电导性质。这是溶剂对溶质的影响;二是离子水化往往破坏附近水层中的正四面体结构。降低离子邻近水分子层的相对介电常数,这是溶质对溶剂的影响。
水解:
物质与水发生的导致水发生分解的反应(不一定是复分解反应)
由弱酸根或弱碱离子组成的盐类的水解有两种情况:
① 弱酸根与水中的H+ 结合成弱酸,溶液呈碱性,如乙酸钠的水溶液:
CH3COO- + H2O ←═→ CH3COOH + OH-
② 弱碱离子与水中的OH- 结合,溶液呈酸性,如氯化铵水溶液:
NH4+ + H2O ←═→ NH3·H2O + H+
生成弱酸(或碱)的酸(或碱)性愈弱,则弱酸根(或弱碱离子)的水解倾向愈强。
例如,硼酸钠的水解倾向强于乙酸钠,溶液浓度相同时,前者的pH值更大。
弱酸弱碱盐溶液的酸碱性取决于弱酸根和弱碱离子水解倾向的强弱。
例如,碳酸氢铵中弱酸根的水解倾向比弱碱离子强,溶液呈碱性;
氟化铵中弱碱离子的水解倾向强,溶液呈酸性;
若两者的水解倾向相同,则溶液呈中性,这是个别情况,如乙酸铵。
弱酸弱碱盐的水解与相应强酸弱碱盐或强碱弱酸盐的水解相比,
弱酸弱碱盐的水解度大,溶液的pH更接近7(常温下)。
如0.10 mol/L的Na2CO3的水解度为4.2%,pH为11.6,
而同一浓度的(NH4)2CO3的水解度为92%,pH为9.3。
酯、多糖、蛋白质等与水作用生成较简单的物质,也是水解:
CH3COOC2H5 + H2O —→ CH3COOH + C2H5OH
(C6H10O5)n + nH2O —→ nC6H12O6
某些能水解的盐被当作酸(如硫酸铝)或碱(如碳酸钠)来使用。
正盐分四类:
一、强酸强碱盐不发生水解,因为它们电离出来的阴、阳离子不能破坏水的电离平衡,所以呈中性。
二、强酸弱碱盐,我们把弱碱部分叫弱阳,弱阳离子能把持着从水中电离出来的氢氧根离子,破坏了水的电离平衡,使得水的电离正向移动,结果溶液中的氢离子浓度大于氢氧根离子浓度,使水溶液呈酸性。
三、强碱弱酸盐,我们把弱酸部分叫弱阴,同理弱阴把持着从水中电离出来的氢离子,使得溶液中氢氧根离子浓度大于氢离子浓度,使溶液呈碱性。
四、弱酸弱碱盐,弱酸部分把持氢,弱阳部分把持氢氧根,生成两种弱电解质,再比较它们的电离常数Ka、Kb值的大小(而不是水解度的大小),在一温度下,弱电解质的电离常数(又叫电离平衡常数)是一个定值,这一比较就可得出此盐呈什么性了,谁强呈谁性,电离常数是以10为底的负对数,谁负得少谁就大。总之一句话,盐溶液中的阴、阳离子把持着从水中电离出来的氢离子或氢氧根离子能生成弱电解质的反应叫盐类的水解。还有有机物类中的水解,例如酯类的水解,是酯和水反应(在无机酸或碱的条件下)生成对应羧酸和醇的反应叫酯的水解,还有卤代烃的碱性水解,溴乙烷和氢氧化钠水溶液反应生成乙醇和溴化钠叫卤烷的水解,还有蛋白质的水解,最终产物为氨基酸等等。
水解反应
(1)含弱酸阴离子、弱碱阳离子的盐的水解,例如:Fe3++3H2O=Fe(OH)3+3H+,CO32-+H2O=HCO3-+OH-
(2)金属氮化物的水解,例如:Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3↑
(3)金属硫化物的水解,例如:Al2S3+6H2O=2Al(OH)3+3H2S↑
(4)金属碳化物的水解,例如:CaC2+2H2O=Ca(OH)2+C2H2↑
(5)非金属氯化物的水解,例如:PCl3+3H2O=H3PO3+3HCl
取代反应(水解反应)(有机反应)
1.卤代烃在强碱水溶液中水解,例如:CH3CH2-Cl+H-OH→△NaOH
CH3CH2OH+HCl
2.醇钠的水解,例如:CH3CH2ONa+H2O=CH3CH2OH+NaOH
3.酯在酸、碱水溶液中水解,例如:CH3COOCH2CH3+H2O→△H+orOH-CH3COOH+CH3CH2OH
4.二糖、多糖的水解,例如淀粉的水解:(C6H10O5)n+nH2O→nC6H12O6(葡萄糖)
5.二肽、多肽的水解,例如H2NCH2CONHCH2COOH+H2O→2H2NCH2COOH
6.亚胺的水解 ArCH=N-Ph→(H20 H+) ArCHO+PhNH2
水化是形成水合物或水合离子的,水解就比较复杂了.