Химията, както повечето точни науки, изискващи много внимание и солидни знания, никога не е била любима дисциплина на учениците. Но напразно, защото с негова помощ можете да разберете много процеси, протичащи около и вътре в човек. Вземете например реакцията на хидролиза: на пръв поглед изглежда, че тя има значение само за учените химици, но всъщност без нея нито един организъм не би могъл да функционира пълноценно. Нека се запознаем с особеностите на този процес, както и за неговото практическо значение за човечеството.
Реакция на хидролиза: какво е това?
Тази фраза е специфична реакция на обменно разлагане между вода и разтворено в нея вещество с образуването на нови съединения. Хидролизата може да се нарече също солволиза във вода.
Този химичен термин произлиза от 2 гръцки думи: "вода" и "разлагане".
Продукти за хидролиза
Разглежданата реакция може да възникне, когато H2O взаимодейства както с органични, така и с неорганични вещества. Неговият резултат пряко зависи от това с какво е влязла в контакт водата, а също и далитези допълнителни вещества-катализатори, независимо дали са променени температурата и налягането.
Например, реакцията на хидролиза на солта насърчава образуването на киселини и основи. А когато става дума за органични вещества, се получават други продукти. Водната солволиза на мазнините насърчава образуването на глицерол и висши мастни киселини. Ако процесът протича с протеини, в резултат се образуват различни аминокиселини. Въглехидратите (полизахаридите) се разграждат до монозахариди.
В човешкото тяло, неспособно да абсорбира напълно протеините и въглехидратите, реакцията на хидролиза ги „опростява“до вещества, които тялото е в състояние да смила. Така че солволизата във вода играе важна роля за нормалното функциониране на всеки биологичен индивид.
Хидролиза на сол
След като сте научили какво представлява реакцията на хидролиза, трябва да се запознаете с нейния ход в вещества от неорганичен произход, а именно соли.
Характеристиките на този процес е, че когато тези съединения взаимодействат с вода, слабите електролитни йони в състава на солта се отделят от нея и образуват нови вещества с H2O. Тя може да бъде или киселина, или слаба основа, или и двете. В резултат на всичко това настъпва изместване в равновесието на водната дисоциация.
Обратима и необратима хидролиза
В примера по-горе, в последното уравнение за хидролиза, можете да видите две стрелки вместо една, и двете сочат в различни посоки. Какво означава? Този знак показва, че реакцията на хидролиза е обратима. На практика товаозначава, че при взаимодействие с водата поетото вещество едновременно не само се разлага на компоненти (които позволяват образуването на нови съединения), но и се образува отново.
Не всяка хидролиза обаче е обратима, в противен случай няма да има смисъл, тъй като новите вещества биха били нестабилни.
Има редица фактори, които могат да направят тази реакция необратима:
- Температура. Зависи дали се повишава или пада, в каква посока се измества равновесието в протичащата реакция. Ако се повиши, има изместване към ендотермична реакция. Ако, напротив, температурата се понижи, предимството е на страната на екзотермичната реакция.
- Налягане. Това е друга термодинамична величина, която активно влияе върху йонната хидролиза. Ако се повиши, химичното равновесие се измества към реакцията, което е придружено от намаляване на общото количество газове. Ако спадне, обратно.
- Висока или ниска концентрация на вещества, участващи в реакцията, както и наличието на допълнителни катализатори.
Видове реакции на хидролиза в солеви разтвори
Според аниона (йон с отрицателен заряд). Солволиза във вода на киселинни соли на слаби и силни основи. Такава реакция, поради свойствата на взаимодействащите вещества, е обратима
- Чрез катион (йон с положителен заряд). Хидролиза на сол на силна киселина и слаба основа. Тя същообратимо.
- Реакция на сол на слаба киселина и слаба основа. Подобен процес може да се счита за почти необратим, тъй като всички новообразувани вещества напускат така наречената реакционна зона, като се утаяват или превръщат в газ.
- Ако и основата, и киселинната сол са силни, водна солволиза не настъпва в такъв разтвор.
Степен на хидролиза
Изучавайки характеристиките на хидролизата в солите, си струва да се обърне внимание на такова явление като неговата степен. Тази дума означава съотношението на солите (които вече са влезли в реакция на разлагане с H2O) към общото количество на това вещество, съдържащо се в разтвора.
Колкото по-слаба е киселината или основата, участващи в хидролизата, толкова по-висока е нейната степен. Измерва се в рамките на 0-100% и се определя по формулата по-долу.
N е броят на молекулите на веществото, които са претърпели хидролиза, а N0 е общият им брой в разтвор.
В повечето случаи степента на солволиза на водата в соли е ниска. Например, в 1% разтвор на натриев ацетат, той е само 0,01% (при температура от 20 градуса).
Хидролиза в вещества от органичен произход
Изследваният процес може да се случи и в органични химични съединения.
Практически във всички живи организми хидролизата се случва като част от енергийния метаболизъм (катаболизъм). С негова помощ протеините, мазнините и въглехидратите се разграждат до лесно смилаеми вещества. В същото време често самата вода е рядкооказва се, че може да започне процеса на солволиза, така че организмите трябва да използват различни ензими като катализатори.
Ако говорим за химическа реакция с органични вещества, насочена към получаване на нови вещества в лабораторна или производствена среда, тогава към разтвора се добавят силни киселини или основи, за да се ускори и подобрят.
Хидролиза в триглицериди (триацилглицероли)
Този труден за произнасяне термин се отнася до мастни киселини, които повечето от нас познават като мазнини.
Те идват както от животински, така и от растителен произход. Въпреки това, всеки знае, че водата не е в състояние да разтвори такива вещества, как става хидролизата на мазнините?
Разглежданата реакция се нарича осапуняване на мазнините. Това е водна солволиза на триацилглицероли под въздействието на ензими в алкална или кисела среда. В зависимост от това се освобождава алкална и киселинна хидролиза.
В първия случай в резултат на реакцията се образуват соли на висшите мастни киселини (по-известни на всички като сапуни). Така от NaOH се получава обикновен твърд сапун, а от KOH - течен. Така че алкалната хидролиза в триглицеридите е процесът на образуване на детергенти. Струва си да се отбележи, че може да се прилага свободно в мазнини както от растителен, така и от животински произход.
Въпросната реакция е причината сапунът да не се мие добре в твърда вода и изобщо да не се пени в солена вода. Работата е там, че се казва трудноН2О, който съдържа излишък от калциеви и магнезиеви йони. А сапунът, веднъж във вода, отново се подлага на хидролиза, разлагайки се на натриеви йони и въглеводороден остатък. В резултат на взаимодействието на тези вещества във водата се образуват неразтворими соли, които приличат на бели люспи. За да се предотврати това, към водата се добавя натриев бикарбонат NaHCO3, по-известен като сода за хляб. Това вещество повишава алкалността на разтвора и по този начин помага на сапуна да изпълнява функциите си. Между другото, за да се избегнат подобни проблеми, в съвременната индустрия синтетичните детергенти се произвеждат от други вещества, например от соли на естери на висши алкохоли и сярна киселина. Техните молекули съдържат от дванадесет до четиринадесет въглеродни атома, така че те не губят свойствата си в солена или твърда вода.
Ако средата, в която протича реакцията, е кисела, този процес се нарича киселинна хидролиза на триацилглицероли. В този случай, под въздействието на определена киселина, веществата еволюират до глицерол и карбоксилни киселини.
Хидролизата на мазнините има и друга възможност - хидрогенирането на триацилглицероли. Този процес се използва при някои видове почистване, като например премахване на следи от ацетилен от етилен или кислородни примеси от различни системи.
Хидролиза на въглехидратите
Разглежданите вещества са сред най-важните съставки на човешката и животинската храна. Въпреки това, захарозата, лактозата, малтозата, нишестето и гликогена в чист вид, тялото не е в състояние да усвои. Следователно, точно както в случая намазнини, тези въглехидрати се разграждат до смилаеми елементи чрез реакция на хидролиза.
Също така, водната солволиза на въглеродите се използва активно в индустрията. От нишестето в резултат на обмислената реакция с H2O се извличат глюкоза и меласа, които са част от почти всички сладкиши.
Друг полизахарид, който се използва активно в индустрията за производството на много полезни вещества и продукти, е целулозата. От него се извличат технически глицерин, етилен гликол, фуражни дрожди, сорбитол и добре познат етилов алкохол.
Хидролизата на целулозата протича при продължително излагане на висока температура и наличието на минерални киселини. Крайният продукт на тази реакция е, както в случая на нишестето, глюкозата. Трябва да се има предвид, че хидролизата на целулозата е по-трудна от тази на нишестето, тъй като този полизахарид е по-устойчив на минерални киселини. Въпреки това, тъй като целулозата е основният компонент на клетъчните мембрани на всички висши растения, суровините, които я съдържат, са по-евтини, отколкото за нишестето. В същото време целулозата глюкоза се използва повече за технически нужди, докато продуктът от хидролизата на нишестето се счита за по-добър за хранене.
Хидролиза на протеини
Протеините са основният градивен материал за клетките на всички живи организми. Те се състоят от множество аминокиселини и са много важен продукт за нормалното функциониране на организма. Въпреки това е с високо молекулно теглосъединения, те могат да се абсорбират слабо. За да се опрости тази задача, те се хидролизират.
Както при други органични вещества, тази реакция разгражда протеините до продукти с ниско молекулно тегло, които лесно се усвояват от тялото.
