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Physical Chemistry भौतिक रसायन (Physical Chemistry)

Hydrolysis of Salts लवणों का जल-अपघटन (Hydrolysis of Salts)

Salt hydrolysis is the chemical interaction of salt ions with water molecules to produce an acidic, basic, or neutral aqueous solution. It represents the reverse process of a neutralization reaction between an acid and a base. लवण जल-अपघटन (Salt hydrolysis) लवण आयनों और जल के अणुओं के बीच होने वाली रासायनिक अभिक्रिया है, जिसके परिणामस्वरूप अम्लीय, क्षारीय या उदासीन जलीय विलयन प्राप्त होता है। यह अम्ल और क्षार के बीच होने वाली उदासीनीकरण अभिक्रिया (neutralization reaction) की विपरीत प्रक्रिया है।

UP PGT Chemistry Subject Code 02 B.Sc. / M.Sc. Level

Thermodynamics and Equilibrium of Salt Hydrolysis लवण जल-अपघटन की ऊष्मागतिकी और साम्यावस्था (Thermodynamics and Equilibrium of Salt Hydrolysis)

  • Hydrolysis constant Kh is related to ionic product of water Kw and dissociation constants by Kh = Kw / Ka for salts of weak acids.
  • The degree of hydrolysis h increases with dilution because the forward reaction is favored by higher water concentration.
  • Hydrolysis reactions are generally endothermic, meaning the hydrolysis constant increases with a rise in temperature.
  • दुर्बल अम्लों के लवणों के लिए जल-अपघटन स्थिरांक Kh, जल के आयनिक गुणनफल Kw और वियोजन स्थिरांक Ka से Kh = Kw / Ka द्वारा संबंधित होता है।
  • जल-अपघटन की मात्रा (degree of hydrolysis) h तनुकरण के साथ बढ़ती है क्योंकि उच्च जल सांद्रता अग्र अभिक्रिया (forward reaction) को बढ़ावा देती है।
  • जल-अपघटन अभिक्रियाएं सामान्यतः ऊष्माशोषी (endothermic) होती हैं, जिसका अर्थ है कि तापमान बढ़ने पर जल-अपघटन स्थिरांक का मान बढ़ता है।

Types of Salt Hydrolysis and pH Characteristics लवण जल-अपघटन के प्रकार और pH विशेषताएँ (Types of Salt Hydrolysis and pH Characteristics)

  • Salts of strong acid and strong base do not undergo hydrolysis and maintain a neutral pH of 7 at 298 K.
  • Salts of weak acid and strong base yield alkaline solutions due to the formation of excess OH- ions.
  • Salts of weak acid and weak base determine solution acidity entirely by the relative magnitudes of Ka and Kb.
  • प्रबल अम्ल और प्रबल क्षार के लवणों का जल-अपघटन नहीं होता है और वे 298 K पर 7 का उदासीन pH बनाए रखते हैं।
  • दुर्बल अम्ल और प्रबल क्षार के लवण OH- आयनों की अधिकता के कारण क्षारीय विलयन प्रदान करते हैं।
  • दुर्बल अम्ल और दुर्बल क्षार के लवणों के विलयन की अम्लता पूरी तरह से Ka और Kb के सापेक्ष मानों द्वारा निर्धारित होती है।

Buffer Action and Mathematical Approximations बफर क्रिया और गणितीय सन्निकटन (Buffer Action and Mathematical Approximations)

  • A salt of a weak acid and strong base hydrolyzes to form a mixture acting as a basic buffer system.
  • For salts of weak acids and weak bases, the degree of hydrolysis h is independent of the initial concentration of the salt.
  • The pH of a salt of a weak acid and weak base is independent of concentration when h << 1.
  • दुर्बल अम्ल और प्रबल क्षार का लवण जल-अपघटित होकर एक मिश्रण बनाता है जो एक क्षारीय बफर प्रणाली (basic buffer system) के रूप में कार्य करता है।
  • दुर्बल अम्ल और दुर्बल क्षार के लवणों के लिए, जल-अपघटन की मात्रा h लवण की प्रारंभिक सांद्रता से स्वतंत्र होती है।
  • जब h << 1 होता है, तब दुर्बल अम्ल और दुर्बल क्षार के लवण का pH सांद्रता से स्वतंत्र होता है।
📐 Key Formulas & Equations 📐 महत्वपूर्ण सूत्र एवं समीकरण
Hydrolysis Constant for Salt of Weak Acid and Weak Base दुर्बल अम्ल और दुर्बल क्षार के लवण के लिए जल-अपघटन स्थिरांक (Hydrolysis Constant for Salt of Weak Acid and Weak Base)
Kh = Kw / (Ka × Kb)
Conditions: Applicable at standard temperature (298 K)
शर्तें: मानक तापमान (298 K) पर लागू
इकाइयाँ: विमाहीन (Dimensionless)
pH Expression for Salt of Weak Acid and Strong Base दुर्बल अम्ल और प्रबल क्षार के लवण के लिए pH व्यंजक (pH Expression for Salt of Weak Acid and Strong Base)
pH = 7 + ½ pKw + ½ pKa + ½ log C
Conditions: Valid for dilute solutions at 298 K
शर्तें: 298 K पर तनु विलयनों के लिए मान्य
इकाइयाँ: विमाहीन
Degree of Hydrolysis for Salt of Weak Acid and Weak Base दुर्बल अम्ल और दुर्बल क्षार के लवण के लिए जल-अपघटन की मात्रा (Degree of Hydrolysis for Salt of Weak Acid and Weak Base)
h = √(Kh) = √(Kw / (Ka × Kb))
Conditions: Independent of concentration C
शर्तें: सांद्रता C से स्वतंत्र
इकाइयाँ: विमाहीन
pH Expression for Salt of Weak Acid and Weak Base दुर्बल अम्ल और दुर्बल क्षार के लवण के लिए pH व्यंजक (pH Expression for Salt of Weak Acid and Weak Base)
pH = 7 + ½ pKa - ½ pKb
Conditions: Valid when Ka ≈ Kb or general approximation
शर्तें: जब Ka ≈ Kb हो या सामान्य सन्निकटन के लिए मान्य
इकाइयाँ: विमाहीन
Degree of Hydrolysis for Salt of Weak Acid and Strong Base दुर्बल अम्ल और प्रबल क्षार के लवण के लिए जल-अपघटन की मात्रा (Degree of Hydrolysis for Salt of Weak Acid and Strong Base)
h = √(Kw / (Ka × C))
Conditions: Applicable for dilute solutions where hydrolysis constant h << 1
शर्तें: तनु विलयनों के लिए लागू जहाँ जल-अपघटन स्थिरांक h << 1 हो
इकाइयाँ: विमाहीन
⚠️ Important Exceptions & Anomalies ⚠️ महत्वपूर्ण अपवाद एवं विसंगतियाँ
Exceptionअपवाद Salts of weak acids and weak bases always form neutral solutions.दुर्बल अम्ल और दुर्बल क्षार के लवण हमेशा उदासीन विलयन बनाते हैं।

Observation: They form acidic, basic, or neutral solutions depending on Ka and Kb. — If Ka > Kb, the solution is acidic; if Kb > Ka, it is basic; if Ka = Kb, it is neutral. प्रेक्षण: वे Ka और Kb के आधार पर अम्लीय, क्षारीय या उदासीन विलयन बनाते हैं। यदि Ka > Kb, तो विलयन अम्लीय है; यदि Kb > Ka, तो यह क्षारीय है; यदि Ka = Kb, तो यह उदासीन है।

Exceptionअपवाद Degree of hydrolysis depends on the concentration of the salt solution.जल-अपघटन की मात्रा लवण विलयन की सांद्रता पर निर्भर करती है।

Observation: For salts of weak acids and weak bases, h is independent of concentration. — Concentration terms cancel out in the mathematical expression for h of a weak acid-weak base salt. प्रेक्षण: दुर्बल अम्ल और दुर्बल क्षार के लवणों के लिए, h सांद्रता से स्वतंत्र होता है। h के गणितीय व्यंजक में सांद्रता पद निरस्त हो जाते हैं।

Exceptionअपवाद Hydrolysis constants remain constant at all conditions.जल-अपघटन स्थिरांक सभी स्थितियों में स्थिर रहते हैं।

Observation: Kh varies significantly with temperature. — Since hydrolysis is an endothermic process, Van 't Hoff equation dictates an increase in Kh with temperature. प्रेक्षण: Kh तापमान के साथ काफी बदलता है। चूंकि जल-अपघटन एक ऊष्माशोषी प्रक्रिया है, वांट हॉफ (Van 't Hoff) समीकरण के अनुसार तापमान बढ़ने पर Kh का मान बढ़ता है।

💡 Shortcuts & Memory Aids 💡 शॉर्टकट एवं स्मरणीय सूत्र
Quick pH Rule for Saltsलवणों के लिए त्वरित pH नियम
pH = 7 + ½(pKa - pKb)

Application: Use this direct formula for weak acid-weak base salts without calculating h. अनुप्रयोग: h की गणना किए बिना दुर्बल अम्ल-दुर्बल क्षार लवणों के लिए इस सीधे सूत्र का उपयोग करें।

Nature Determination Shortcutप्रकृति निर्धारण शॉर्टकट
Weak Acid + Strong Base → Basic

Application: The stronger parent component always dictates the pH nature of the salt solution. अनुप्रयोग: प्रबल जनक घटक हमेशा लवण विलयन की pH प्रकृति निर्धारित करता है।

Dilution Effect Trickतनुकरण प्रभाव ट्रिक
h ∝ 1 / √C

Application: Instantly deduce that dilution increases hydrolysis degree for univalent-univalent salts. अनुप्रयोग: तुरंत निष्कर्ष निकालें कि तनुकरण एकसंयोजक-एकसंयोजक लवणों के लिए जल-अपघटन की मात्रा को बढ़ाता है।

⚖️ Comparison of Hydrolysis Parameters Across Salt Types ⚖️ लवण प्रकारों के बीच जल-अपघटन मापदंडों की तुलना
Salt Typeलवण का प्रकारHydrolysis Constant (Kh)जल-अपघटन स्थिरांक (Kh)Degree of Hydrolysis (h)जल-अपघटन की मात्रा (h)
Weak Acid + Strong Baseदुर्बल अम्ल + प्रबल क्षारKw / KaKw / Ka√(Kw / (Ka × C))√(Kw / (Ka × C))
Strong Acid + Weak Baseप्रबल अम्ल + दुर्बल क्षारKw / KbKw / Kb√(Kw / (Kb × C))√(Kw / (Kb × C))
Weak Acid + Weak Baseदुर्बल अम्ल + दुर्बल क्षारKw / (Ka × Kb)Kw / (Ka × Kb)√(Kw / (Ka × Kb))√(Kw / (Ka × Kb))
🎯 Key Exam Points 🎯 महत्वपूर्ण परीक्षा बिंदु (Key Exam Points)
  • The pH of ammonium acetate (CH3COONH4) is independent of its concentration in aqueous solution.
  • For CH3COONa, the hydrolysis constant expression is Kh = Kw / Ka.
  • Salts derived from strong acids and strong bases do not undergo hydrolysis.
  • The unit of hydrolysis constant Kh for a salt of a weak acid and weak base is dimensionless.
  • An increase in temperature increases the degree of hydrolysis because hydrolysis is endothermic.
  • The pH of a 0.1 M solution of NH4Cl is less than 7 at 298 K.
  • अमोनियम एसीटेट (CH3COONH4) का pH जलीय विलयन में इसकी सांद्रता से स्वतंत्र होता है।
  • CH3COONa के लिए, जल-अपघटन स्थिरांक का व्यंजक Kh = Kw / Ka है।
  • प्रबल अम्लों और प्रबल क्षारों से प्राप्त लवणों का जल-अपघटन नहीं होता है।
  • दुर्बल अम्ल और दुर्बल क्षार के लवण के लिए जल-अपघटन स्थिरांक Kh की इकाई विमाहीन होती है।
  • तापमान में वृद्धि जल-अपघटन की मात्रा को बढ़ाती है क्योंकि जल-अपघटन ऊष्माशोषी होता है।
  • 298 K पर NH4Cl के 0.1 M विलयन का pH 7 से कम होता है।
🚫 Common Errors & Confusions 🚫 सामान्य भ्रांतियाँ एवं त्रुटियाँ (Common Errors)
  • Assuming salts of strong acids and strong bases undergo hydrolysis.
  • Confusing the expression for degree of hydrolysis h with dissociation constant α.
  • Neglecting the effect of temperature on Kw when calculating pH at non-standard temperatures.
  • Applying the concentration-dependent formula of h to weak acid-weak base salts.
  • यह मान लेना कि प्रबल अम्ल और प्रबल क्षार के लवणों का जल-अपघटन होता है।
  • जल-अपघटन की मात्रा h के व्यंजक को वियोजन स्थिरांक α के साथ भ्रमित करना।
  • गैर-मानक तापमान पर pH की गणना करते समय Kw पर तापमान के प्रभाव की उपेक्षा करना।
  • दुर्बल अम्ल-दुर्बल क्षार लवणों पर h के सांद्रता-निर्भर सूत्र को लागू करना।