Водные растворы, гидролиз и электролиз

Водные растворы

К водным растворам относятся малоконцентрированные насыщенные растворы неорганических веществ, а также ароматные воды, не содержащие спирта.

Жидкость Бурова. Представляет собой водный раствор основного аце­тата алюминия концентрацией 7, 6—9, 2% и плотностью 1, 044—1, 048. Раньше жидкость Бурова получали с помощью реакции образования гидрата окиси алюминия с его после­дующим растворением в уксусной кислоте. В последние годы ее производят методом электролиза, разработанным А. И. Коноваловой. В основе его лежит процесс анодного растворения металлического алюминия в 8% растворе уксус­ной кислоты при пропускании через него электрического тока. В результате протекает реакция образования ос­новного ацетата алюминия.

Раствор ацетата свинца основного. Свинцо­вый уксус. Представляет собой водный раствор ацетата свинца основного с содержанием ме­таллического свинца 16, 7—17, 4% и плотностью 1, 225—1, 230. При стоянии на воздухе раствор мутнеет вследствие интен­сивного поглощения углекислоты воздуха. Препарат полу­чают взаимодействием ацетата свинца и окиси свинца при нагревании. 3. П. Беридзе предложил получать раствор ос­новного ацетата свинца из окиси свинца и уксусной кислоты.

Сам по себе раствор основного ацетата свинца не при­меняется. Из него готовят в аптеках свинцовую примочку по прописи: 2 части ацетата свинца основно­го и 98 частей воды. Свинцовая примочка, как и жидкость Бурова, является вяжущим и противовоспалительным сред­ством.

Известковая вода. Раствор гидроокисикальция. Известковая вода — это насыщенный водный раствор гидроокиси кальция концентрацией 0, 15—0, 17%. Получают реакцией гашения жженой извести (кальция окиси) с последующим насыщени­ем раствора гидроокиси кальция на холоду. Готовый препа­рат представляет собой прозрачную бесцветную жидкость сильно щелочной реакции. Его применяют внутрь в смеси с молоком в детской практике при повышенной кислотности желудочного сока и поносе.

Раствор калия арсенита. Фаулеров раствор мышьяка. Официальный раствор, представ­ляющий собой водный раствор мышьяковистого ангидрида (которого в препарате должно быть 0, 97—1, 03%) в смеси с ка­лия карбонатом.

Для получения раствора калия арсенита 10 частей калия карбоната растворяют в 10 частях кипящей воды, прибав­ляют 10 частей мышьяковистого ангидрида и жидкость на­гревают до кипения (до полного растворения). Далее рас­твор разбавляют 500 г воды и при перемешивании постепен­но добавляют разведенной соляной кислоты до нейтральной реакции раствора, что необходимо для предупреждения об­разования других солей мышьяка. После нейтрализации к раствору добавляют 90 частей спирта (по объему) и 10 ча­стей камфорного спирта (по объему). Раствор калия арсени­та — препарат списка А. Камфорный спирт добавляют в него с целью быстрого и легкого органолептического опознания.

Сохраняют препарат под замком (шкаф А), в хорошо за­купоренных склянках темного стекла. Его назначают при малокровии, неврастении, истощении и хроническом лейкозе.

Ароматные воды. Представляют со­бой слабоконцентрированные растворы эфирных масел в во­де. Это прозрачные или слабо опалесцирующие жидкости, обладающие запахом растворенного вещества. За редким ис­ключением (укропная и горькоминдальная вода), они не име­ют самостоятельного лекарственного назначения и приме­няются как корригирующие средства (для исправления запаха).

В зависимости от способа получения различают простые и перегнанные ароматные воды.

Простые ароматные воды получают непосредст­венным растворением соответствующего эфирного масла в воде в соотношении 1: 1000 (за исключением розовой воды, которую вследствие сильной пахучести розового масла гото­вят в соотношении 1: 4000). Перед растворением эфирное масло растирают с тальком и растворяют в теплой (до 60°) воде. Обе операции необходимы для улуч­шения процесса растворения. Избыток масла в растворе от­фильтровывают через влажный фильтр.

Для повышения стабильности простых ароматных вод к ним рекомендуется добавлять ПАВ, играющие роль солюбилизаторов: твины, спены, этилстеараты и другие вещества, улучшающие растворимость.

Перегнанные ароматные воды готовят мето­дом перегонки, заключающимся в пропускании «острого» во­дяного пара через эфирномасличное сырье. Процесс перегон­ки с водяным паром основан на законе Дальтона, в соответ­ствии с которым две несмешивающиеся жидкости перегоня­ются при более низкой температуре, чем каждая в отдельно­сти, поскольку образование пара таких смесей протекает при равенстве суммы парциальных давлений компонентов сме­си и атмосферного давления.

Для получения ароматных вод в перегонный куб поме­щают эфирномасличное сырье, через которое пропускают во­дяной пар, увлекающий вместе с собой в конденсатор эфир­ное масло. В конденсаторе, охлаждаемом холодной водой, пары воды и эфирного масла конденсируются и стека­ют в приемник в виде готовой ароматной воды. В случае, ес­ли при перегонке образуется излишек эфирного масла, не растворяющийся в воде, его сливают в отдельные приемники.

Из перегнанных ароматных вод в фармацевтической прак­тике более или менее широкое применение находят горько-миндальная вода и укроп­ная вода, применяемые внутрь с целью улучшения функций кишечника.

Ароматные воды готовят и на спирте. В этом случае кон­центрация эфирного масла в них может быть увеличена.

Гидролиз
Гидролиз - это химическая реакция ионного обмена между водой и растворённым в ней веществом с образованием слабого электролита. (В общем случае обменное взаимодействие растворённого вещества с растворителем носит название - сольволиз).
В большинстве случаев гидролиз сопровождается изменением pH раствора.
Большинство реакций гидролиза - обратимы:
Pb(NO3)2 + H2O «Pb(OH)(NO3) + HNO3
Na2HPO4 + H2O «NaH2PO4 + NaOH
Некоторые реакции гидролиза протекают необратимо:
Al2S3 + 6H2O «2Al(OH)3¯ + 3H2S­
Причиной гидролиза является взаимодействие ионов соли с молекулами воды из гидратной оболочки с образованием малодиссоциированных соединений или ионов.
Способность солей подвергаться гидролизу зависит от двух факторов:
1) свойств ионов, образующих соль;
2) внешних факторов.
Отсутствие гидролиза в растворах
Соли, образованные катионом сильного основания и анионом сильной кислоты (например, LiBr, K2SO4, NaClO4, BaCl, Ca(NO3)2 и др.) гидролизу не подвергаются, т.к. ни катион, ни анион соли не могут при взаимодействии с водой образовать молекулы слабых электролитов. Водные растворы таких солей имеют нейтральную реакцию среды (pH = 7). Практически не гидролизуются также и труднорастворимые соли (CaCO3, Mg3(PO4)2 и др.) из-за очень низкой концентрации ионов в водных растворах этих солей.

Гидролиз по катиону
Соли слабого основания и сильной кислоты гидролизуются по катиону:
NH4Cl + H2O «NH4OH + HCl
В ионной форме:
NH4+ + H2O «NH4OH + H+
Гидролиз солей, образованных многовалентным катионом протекает ступенчато, через стадии образования основных солей:
1 ступень:
Al(NO3)3 + H2O «Al(OH)(NO3)2 + HNO3
Al3+ + H2O «[Al(OH)]2+ + H+
2 ступень:
Al(OH)(NO3)2 + H2O «Al(OH)2(NO3) + HNO3
[Al(OH)]2+ + H2O «[Al(OH)2]+ + H+
3 ступень:
Al(OH)2(NO3) + H2O «Al(OH)3 + HNO3
[Al(OH)2]+ + H2O «Al(OH)3 + H+
Гидролиз протекает достаточно сильно по первой ступени, слабо - по второй ступени и совсем слабо - по третьей ступени (ввиду накопления ионов водорода, процесс смещается в сторону исходных веществ). Более полному гидролизу способствует разбавление раствора и повышение температуры. (В этом случае можно учитывать гидролиз и по третьей ступени.)
При гидролизе по катиону реакция раствора кислая pH < 7.
Гидролиз по аниону
Соли, образованные сильным основанием и слабой (ассоциированной) кислотой гидролизуются по аниону:
CH3COOK + H2O «CH3COOH + KOH
В ионной форме:
CH3COO- + H2O «CH3COOH +OH-
Соли многоосновных кислот гидролизуются ступенчато (с образованием кислых солей):
1 ступень:
K2CO3 + H2O «KHCO3 + KOH
CO2-3 + H2O «HCO3- + OH-
2 ступень:
KHCO3 + H2O «H2CO3+ KOH
HCO3- + H2O «H2CO3 + OH-
Первая ступень гидролиза протекает достаточно сильно, а вторая - слабо, о чём свидетельствует pH раствора карбоната и гидрокарбоната калия. (Лишь при сильном разбавлении и нагревании следует учитывать гидролиз образующейся кислой соли). Поскольку при взаимодействии с водой анионов слабых кислот образуются ионы OH-, водные растворы таких солей имеют щелочную реакцию (pH > 7).
Гидролиз по катиону и аниону
Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой, гидролизуются и по катиону и по аниону:
CH3COONH4 + H2O «CH3COOH + NH4OH
или в ионной форме:
CH3COO- + NH4+ + H2O «CH3COOH + NH4OH
Гидролиз таких солей протекает очень сильно, поскольку в результате его образуются и слабое основание, и слабая кислота.
Реакция среды в этом случае зависит от сравнительной силы основания и кислоты, т.е. от их констант диссоциации (KD).
Если KD(основания) > KD(кислоты), то pH > 7;
если KD(основания) < KD(кислоты), то pH < 7.
В случае гидролиза CH3COONH4:
KD(NH4OH) = 6, 3 • 10-5; KD(CH3COOH)=1, 8 • 10-5
поэтому реакция водного раствора этой соли будет слабощелочной, почти нейтральной (pH = 7–8).
Если основание и кислота, образующие соль, являются не только слабыми электролитами, но и малорастворимы или неустойчивы и разлагаются с образованием летучих продуктов, то в этом случае гидролиз соли протекает необратимо:
Al2S3 + 6H2O «2Al(OH)3¯ + 3H2S­

Поэтому сульфид алюминия не может существовать в виде водных растворов, может быть получен только " сухим способом", например, из элементов при высокой температуре:
2Al + 3S –t°® Al2S3
и должен храниться в герметических сосудах, исключающих попадание влаги.Реакции обмена, сопровождаемые гидролизом
К числу таких реакций относятся взаимодействия солей двухвалентных катионов (кроме Ca2+,

Sr2+, Ba2+) с водными растворами карбонатов натрия или калия, сопровождающиеся образованием осадков менее растворимых основных карбонатов
2Cu(NO3)2 + 2Na2CO3 + H2O ® Cu2(OH)2CO3¯ + 4NaNO3 + CO2­
А также реакции взаимодействия солей Al3+, Cr3+ и Fe3+ (*При взаимодействии водных растворов солей трёхвалентного железа с сульфидами щелочных металлов протекает окислительно-восстановительная реакция: 2Fe3+ + S2- ® 2Fe2+ + S0) с водными растворами карбонатов и сульфидов щелочных металлов:
2AlCl + 3Na2CO3 + 3H2O ® 2Al(OH)3¯ + 3CO2­ + 6NaCl
Cr2(SO4)3 + 3Na2S + 6H2O ® 2Cr(OH)3¯ + 3H2S­ + 3Na2SO4
Количественные характеристики реакции гидролиза
Степень гидролиза (aгидр.) - отношение числа гидролизованных молекул к общему числу растворённых молекул (выражается в процентах):
aгидр. = ([C]гидр. / [C]раств.) • 100%
Степень гидролиза зависит от химической природы образующейся при гидролизе кислоты (основания) и будет тем больше, чем слабее кислота (основание) (в определённых равных условиях).