Hidroliza este un tip de reacție chimică care are loc între apă și un alt compus. În timpul reacției, legăturile chimice sunt rupte în ambele molecule, făcându-le să se despartă. Molecula de apă se împarte pentru a forma ioni de hidrogen încărcat pozitiv (H+) și hidroxid încărcat negativ (OH-), iar cealaltă moleculă se împarte în două secțiuni mai simple, de asemenea cu sarcini pozitive și negative. Ionii H+ și OH- se atașează la fiecare dintre aceste secțiuni. Aceste reacții au loc atunci când unii compuși ionici, de exemplu, anumiți acizi, baze și săruri, se dizolvă în apă; sunt implicați în procese esențiale vieții; sunt utilizate în unele procese industriale importante, precum fabricarea săpunului; și joacă un rol important în degradarea rocilor.
Compuși ionici
Compușii ionici pot fi acizi, baze sau săruri, care sunt compuși care rezultă din reacția unui acid și a unei baze. Sunt formați din cationi încărcați pozitiv și anioni încărcați negativ. Când sunt dizolvate în apă, se vor împărți în cationi și anioni. Anionii acizilor slabi și cationii bazelor slabe vor reacționa cu apa într-o oarecare măsură, ducând la hidroliză.
Acolo unde o sare este produsul unui acid puternic și al unei baze slabe, cationul bazei se va hidroliza în apă. De exemplu, clorura de amoniu (NH4Cl) este sarea unei baze slabe – amoniacul (NH3) – și a unui acid puternic – clorhidric (HCl). Când este dizolvat în apă, se împarte în cationi și anioni – NH4+ și, respectiv, Cl-. Totuși, cationul va reacționa cu apa într-o oarecare măsură prin pierderea unui ion de hidrogen:
NH4+ + H2O NH3 + H3O+
Deoarece această reacție produce ioni de hidroniu (H3O+), soluția rezultată este acidă. În cazul în care o sare este produsul unei baze tare și unui acid slab, anionii acidului vor reacționa cu apa acceptând ioni de hidrogen (H+), lăsând ioni de hidroxid (OH-), care dă o soluție alcalină. Sarea unui acid tare și a unei baze tare nu se va hidroliza deoarece anionul acidului și cationul bazei nu reacţionează cu apa.
Viaţă
Multe procese care sunt esențiale pentru viață implică hidroliza. Un exemplu este eliberarea de energie de către molecula de adenozin trifosfat (ATP). Celulele folosesc acest compus pentru a stoca energie, care poate fi apoi eliberată atunci când este nevoie. Molecula are trei grupări fosfat (PO4-), dar poate pierde una dintre aceste grupe prin reacția cu apa. Această reacție consumă de fapt o cantitate mică de energie, dar mult mai mult este eliberat de reacțiile ulterioare ale grupului fosfat liber.
Hidroliza joacă, de asemenea, un rol vital în descompunerea alimentelor în nutrienți ușor de absorbit. Majoritatea compușilor organici din alimente nu reacționează ușor cu apa și, de obicei, este necesar un catalizator pentru a permite acestor procese să aibă loc. Catalizatorii organici care ajută la reacțiile organismelor vii sunt cunoscuți ca enzime. În organism, enzimele precum lipazele, carbohidrazele și proteazele catalizează reacțiile cu grăsimile, carbohidrații și proteinele cu apa.
Un exemplu de hidroliză este descompunerea amidonului, care este catalizat de enzima amilaza. Amidonul este descompus în molecule mai mici, care constau din zahăr cunoscut sub numele de maltoză. Maltoza poate fi apoi descompusă în molecule de glucoză, sub influența enzimei maltaze. În fiecare caz, apa ia parte la proces, ea însăși divizându-se și adăugând o grupare hidroxil și un ion de hidrogen noilor molecule formate pe fiecare parte a legăturii rupte.
Industrie
Multe proceduri industriale necesită hidrolizarea diferitelor substanțe pentru a crea produse utile. Adesea însă, materiile prime pentru aceste procese nu reacţionează uşor cu moleculele de apă, astfel încât reacţiile sunt ajutate printr-o varietate de mijloace, cum ar fi presiune înaltă, temperaturi ridicate şi catalizatori. Hidroliza de laborator necesită de obicei utilizarea unui catalizator, care este de obicei un acid sau un alcali puternic.
Hidroliza a fost folosită de mult timp în producția de săpun. În timpul acestui proces, cunoscut sub numele de saponificare, grăsimea este hidrolizată într-o reacție cu apa și alcaliul puternic, hidroxidul de sodiu. Reacția produce săruri de acizi grași, cunoscute în mod obișnuit sub numele de săpun. Saponificarea apare uneori în picturile în ulei vechi atunci când acizii grași din vopseaua în ulei reacționează cu metalele din pigmenții de vopsea. Acest lucru poate cauza depuneri albe și bulgări să se dezvolte pe suprafața picturilor, deși nu se știe de ce apare doar pe unele opere de artă și nu pe altele.
Alterarea
Hidroliza este un proces important în degradarea rocilor. Diverse minerale silicate, cum ar fi feldspatul, suferă reacții lente de hidroliză cu apa, formând argilă și nămol, împreună cu compuși solubili. Acest proces este important în formarea solurilor și în punerea la dispoziția plantelor a mineralelor esențiale.