Hemija, kao i većina egzaktnih nauka koje zahtijevaju puno pažnje i solidno znanje, nikada nije bila omiljena disciplina školaraca. Ali uzalud, jer uz njegovu pomoć možete razumjeti mnoge procese koji se odvijaju oko i unutar osobe. Uzmimo, na primjer, reakciju hidrolize: na prvi pogled se čini da je važna samo za hemičare, ali u stvari, bez nje nijedan organizam ne bi mogao u potpunosti funkcionirati. Naučimo o karakteristikama ovog procesa, kao io njegovom praktičnom značaju za čovječanstvo.
Reakcija hidrolize: šta je to?
Ova fraza je specifična reakcija razmjene između vode i tvari otopljene u njoj uz stvaranje novih spojeva. Hidroliza se takođe može nazvati solvolizom u vodi.
Ovaj hemijski izraz potiče od 2 grčke riječi: "voda" i "razgradnja".
Proizvodi hidrolize
Reakcija koja se razmatra može se desiti kada H2O interaguje sa organskim i neorganskim supstancama. Njegov rezultat direktno zavisi od toga sa čime je voda došla u kontakt, kao i da li jeove dodatne supstance-katalizatore, da li su temperatura i pritisak promenjeni.
Na primjer, reakcija hidrolize soli potiče stvaranje kiselina i lužina. A kada su u pitanju organske supstance, dobijaju se drugi proizvodi. Vodena solvoliza masti potiče stvaranje glicerola i viših masnih kiselina. Ako se proces odvija s proteinima, kao rezultat nastaju različite aminokiseline. Ugljikohidrati (polisaharidi) se razlažu na monosaharide.
U ljudskom tijelu, nesposobnom da u potpunosti apsorbira proteine i ugljikohidrate, reakcija hidrolize ih "pojednostavljuje" na supstance koje tijelo može probaviti. Dakle, solvoliza u vodi igra važnu ulogu u normalnom funkcioniranju svakog biološkog pojedinca.
Hidroliza soli
Kada ste naučili šta je reakcija hidrolize, trebali biste se upoznati s njenim tokom u supstancama neorganskog porijekla, odnosno soli.
Karakteristike ovog procesa su da kada ova jedinjenja interaguju sa vodom, slabi joni elektrolita u sastavu soli se odvajaju od nje i formiraju nove supstance sa H2O. Može biti ili kiselina ili slaba baza, ili oboje. Kao rezultat svega ovoga dolazi do pomaka u ravnoteži disocijacije vode.
Reverzibilna i nepovratna hidroliza
U gornjem primjeru, u posljednjoj jednačini hidrolize, možete vidjeti dvije strelice umjesto jedne, obje pokazuju u različitim smjerovima. Šta to znači? Ovaj znak ukazuje da je reakcija hidrolize reverzibilna. U praksi ovoznači da se, u interakciji sa vodom, uzeta supstanca istovremeno ne samo razlaže na komponente (koje omogućavaju stvaranje novih jedinjenja), već se i ponovo formira.
Međutim, nije svaka hidroliza reverzibilna, inače ne bi imalo smisla, jer bi nove supstance bile nestabilne.
Postoji niz faktora koji ovu reakciju mogu učiniti nepovratnom:
- Temperatura. Zavisi od toga da li raste ili opada, u kom se smjeru pomiče ravnoteža u tekućoj reakciji. Ako se poveća, dolazi do pomaka prema endotermnoj reakciji. Ako se, naprotiv, temperatura smanji, prednost je na strani egzotermne reakcije.
- Pritisak. Ovo je još jedna termodinamička veličina koja aktivno utiče na ionsku hidrolizu. Ako poraste, hemijska ravnoteža se pomera prema reakciji, što je praćeno smanjenjem ukupne količine gasova. Ako padne, obrnuto.
- Visoka ili niska koncentracija supstanci uključenih u reakciju, kao i prisustvo dodatnih katalizatora.
Vrste reakcija hidrolize u slanim rastvorima
Prema anionu (jon sa negativnim nabojem). Solvoliza u vodi kiselih soli slabih i jakih baza. Takva reakcija je, zbog svojstava supstanci u interakciji, reverzibilna
- Kationom (jon sa pozitivnim nabojem). Hidroliza soli jake kiseline i slabe baze. Ona takođereverzibilno.
- Reakcija soli slabe kiseline i slabe baze. Takav proces se može smatrati gotovo nepovratnim, jer sve novonastale supstance napuštaju tzv. reakcijsku zonu, taložeći se ili pretvarajući se u gas.
- Ako su i baza i kisela so jake, u takvom rastvoru ne dolazi do solvolize vode.
Stepen hidrolize
Proučavajući karakteristike hidrolize u solima, vrijedi obratiti pažnju na takav fenomen kao što je njegov stepen. Ova riječ označava omjer soli (koje su već ušle u reakciju raspadanja sa H2O) prema ukupnoj količini ove supstance sadržane u otopini.
Što je kiselina ili baza slabija uključena u hidrolizu, to je njen stepen veći. Mjeri se unutar 0-100% i određuje se formulom ispod.
N je broj molekula supstance koji su podvrgnuti hidrolizi, a N0 je njihov ukupan broj u rastvoru.
U većini slučajeva, stepen solvolize vode u solima je nizak. Na primjer, u 1% rastvoru natrijum acetata, ima samo 0,01% (na temperaturi od 20 stepeni).
Hidroliza u supstancama organskog porijekla
Proces koji se proučava može se desiti i u organskim hemijskim jedinjenjima.
Praktično u svim živim organizmima, hidroliza se javlja kao dio energetskog metabolizma (katabolizma). Uz njegovu pomoć, proteini, masti i ugljikohidrati se razgrađuju u lako probavljive tvari. U isto vrijeme, često je sama voda rijetkoispostavilo se da može pokrenuti proces solvolize, tako da organizmi moraju koristiti razne enzime kao katalizatore.
Ako govorimo o hemijskoj reakciji sa organskim supstancama u cilju dobijanja novih supstanci u laboratoriji ili proizvodnom okruženju, tada se u rastvor dodaju jake kiseline ili lužine da se ubrza i poboljša.
Hidroliza u trigliceridima (triacilglicerolima)
Ovaj termin koji se teško izgovara odnosi se na masne kiseline, koje većina nas zna kao masti.
Dolaze i životinjskog i biljnog porijekla. Međutim, svi znaju da voda nije u stanju da rastvori takve supstance, kako dolazi do hidrolize masti?
Reakcija koja se razmatra naziva se saponifikacija masti. Ovo je vodena solvoliza triacilglicerola pod utjecajem enzima u alkalnoj ili kiseloj sredini. U zavisnosti od toga, oslobađa se alkalna i kisela hidroliza.
U prvom slučaju, kao rezultat reakcije nastaju soli viših masnih kiselina (svima poznatije kao sapuni). Tako se iz NaOH dobija obični čvrsti sapun, a iz KOH tečni sapun. Dakle, alkalna hidroliza u trigliceridima je proces formiranja deterdženata. Vrijedi napomenuti da se može slobodno provoditi u mastima i biljnog i životinjskog porijekla.
Reakcija o kojoj je riječ je razlog zašto se sapun ne pere dobro u tvrdoj vodi i uopće se ne pjeni u slanoj vodi. Stvar je u tome što se to zove teškoN2O, koji sadrži višak jona kalcijuma i magnezijuma. A sapun, jednom u vodi, ponovo prolazi kroz hidrolizu, razlažući se na jone natrija i ostatak ugljikovodika. Kao rezultat interakcije ovih tvari u vodi nastaju nerastvorljive soli koje izgledaju kao bijele ljuspice. Da se to ne dogodi, u vodu se dodaje natrijum bikarbonat NaHCO3, poznatiji kao soda bikarbona. Ova tvar povećava alkalnost otopine i na taj način pomaže sapunu da obavlja svoje funkcije. Inače, kako bi se izbjegle takve nevolje, u modernoj industriji sintetički deterdženti se proizvode od drugih tvari, na primjer, od soli estera viših alkohola i sumporne kiseline. Njihovi molekuli sadrže od dvanaest do četrnaest atoma ugljika, tako da ne gube svojstva u slanoj ili tvrdoj vodi.
Ako je sredina u kojoj se reakcija odvija kisela, ovaj proces se naziva kisela hidroliza triacilglicerola. U ovom slučaju, pod uticajem određene kiseline, supstance evoluiraju u glicerol i karboksilne kiseline.
Hidroliza masti ima još jednu opciju - hidrogenaciju triacilglicerola. Ovaj proces se koristi u nekim vrstama čišćenja, kao što je uklanjanje tragova acetilena iz etilena ili nečistoća kiseonika iz različitih sistema.
Hidroliza ugljikohidrata
Razmatrane supstance su među najvažnijim sastojcima ljudske i životinjske hrane. Međutim, saharozu, laktozu, m altozu, skrob i glikogen u čistom obliku tijelo nije u stanju apsorbirati. Stoga, baš kao iu slučajumasti, ovi ugljikohidrati se razlažu na probavljive elemente reakcijom hidrolize.
Također, vodena solvoliza ugljika se aktivno koristi u industriji. Iz skroba, kao rezultat razmatrane reakcije sa H2O, ekstrahuje se glukoza i melasa, koji su deo skoro svih slatkiša.
Još jedan polisaharid koji se aktivno koristi u industriji za proizvodnju mnogih korisnih supstanci i proizvoda je celuloza. Iz njega se izdvaja tehnički glicerin, etilen glikol, stočni kvasac, sorbitol i dobro poznati etil alkohol.
Hidroliza celuloze nastaje pri produženom izlaganju visokoj temperaturi i prisustvu mineralnih kiselina. Krajnji proizvod ove reakcije je, kao iu slučaju škroba, glukoza. Treba imati na umu da je hidroliza celuloze teža od hidrolize škroba, jer je ovaj polisaharid otporniji na mineralne kiseline. Međutim, budući da je celuloza glavna komponenta staničnih membrana svih viših biljaka, sirovine koje je sadrže jeftinije su nego za škrob. Istovremeno, celulozna glukoza se više koristi za tehničke potrebe, dok se proizvod hidrolize škroba smatra boljim za ishranu.
Hidroliza proteina
Proteini su glavni građevinski materijal za ćelije svih živih organizama. Sastoje se od brojnih aminokiselina i veoma su važan proizvod za normalno funkcionisanje organizma. Međutim, zbog velike molekularne težinespojeva, mogu se slabo apsorbirati. Da bi se ovaj zadatak pojednostavio, oni su hidrolizirani.
Kao i kod drugih organskih supstanci, ova reakcija razlaže proteine u proizvode niske molekularne težine koje tijelo lako apsorbira.
