Η υδρόλυση είναι ένας τύπος χημικής αντίδρασης που συμβαίνει μεταξύ του νερού και μιας άλλης ένωσης. Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, οι χημικοί δεσμοί σπάνε και στα δύο μόρια, με αποτέλεσμα να διασπώνται. Το μόριο του νερού διασπάται για να σχηματίσει θετικά φορτισμένα ιόντα υδρογόνου (Η+) και αρνητικά φορτισμένα ιόντα υδροξειδίου (ΟΗ-), και το άλλο μόριο χωρίζεται σε δύο απλούστερα τμήματα, επίσης με θετικά και αρνητικά φορτία. Τα ιόντα Η+ και ΟΗ- συνδέονται σε καθένα από αυτά τα τμήματα. Αυτές οι αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα όταν ορισμένες ιοντικές ενώσεις, για παράδειγμα, ορισμένα οξέα, βάσεις και άλατα, διαλύονται στο νερό. εμπλέκονται σε διαδικασίες που είναι απαραίτητες για τη ζωή. χρησιμοποιούνται σε ορισμένες σημαντικές βιομηχανικές διεργασίες, όπως η κατασκευή σαπουνιού. και παίζουν σημαντικό ρόλο στη διάβρωση των βράχων.
Ιονικές Ενώσεις
Οι ιοντικές ενώσεις μπορεί να είναι οξέα, βάσεις ή άλατα, τα οποία είναι ενώσεις που προκύπτουν από την αντίδραση ενός οξέος και μιας βάσης. Αποτελούνται από θετικά φορτισμένα κατιόντα και αρνητικά φορτισμένα ανιόντα. Όταν διαλυθούν στο νερό, θα διασπαστούν στα κατιόντα και τα ανιόντα τους. Τα ανιόντα των ασθενών οξέων, και τα κατιόντα των ασθενών βάσεων, θα αντιδράσουν με το νερό σε κάποιο βαθμό, με αποτέλεσμα την υδρόλυση.
Όταν ένα άλας είναι το προϊόν ενός ισχυρού οξέος και μιας ασθενούς βάσης, το κατιόν της βάσης θα υδρολυθεί στο νερό. Για παράδειγμα, το χλωριούχο αμμώνιο (NH4Cl) είναι το άλας μιας ασθενούς βάσης – αμμωνίας (NH3) – και ενός ισχυρού οξέος – υδροχλωρικού (HCl). Όταν διαλύεται στο νερό, διασπάται σε κατιόντα και ανιόντα — NH4+ και Cl-, αντίστοιχα. Το κατιόν, ωστόσο, θα αντιδράσει με το νερό σε κάποιο βαθμό χάνοντας ένα ιόν υδρογόνου:
NH4+ + H2O NH3 + H3O+
Εφόσον αυτή η αντίδραση παράγει ιόντα υδρονίου (H3O+), το διάλυμα που προκύπτει είναι όξινο. Όταν ένα άλας είναι το προϊόν μιας ισχυρής βάσης και ενός ασθενούς οξέος, τα ανιόντα του οξέος θα αντιδράσουν με το νερό δεχόμενοι ιόντα υδρογόνου (Η+), αφήνοντας ιόντα υδροξειδίου (ΟΗ-), τα οποία δίνουν ένα αλκαλικό διάλυμα. Το άλας ενός ισχυρού οξέος και μιας ισχυρής βάσης δεν υδρολύεται επειδή το ανιόν του οξέος και το κατιόν της βάσης δεν αντιδρούν με το νερό.
ζωή
Πολλές διαδικασίες που είναι απαραίτητες για τη ζωή περιλαμβάνουν υδρόλυση. Ένα παράδειγμα είναι η απελευθέρωση ενέργειας από το μόριο τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP). Τα κύτταρα χρησιμοποιούν αυτή την ένωση για να αποθηκεύσουν ενέργεια, η οποία στη συνέχεια μπορεί να απελευθερωθεί όταν χρειαστεί. Το μόριο έχει τρεις φωσφορικές ομάδες (PO4-), αλλά μπορεί να χάσει μία από αυτές τις ομάδες αντιδρώντας με νερό. Αυτή η αντίδραση καταναλώνει στην πραγματικότητα μια μικρή ποσότητα ενέργειας, αλλά πολύ περισσότερη απελευθερώνεται από τις επακόλουθες αντιδράσεις της ομάδας των ελεύθερων φωσφορικών.
Η υδρόλυση παίζει επίσης ζωτικό ρόλο στη διάσπαση των τροφίμων σε θρεπτικά συστατικά που απορροφώνται εύκολα. Οι περισσότερες από τις οργανικές ενώσεις στα τρόφιμα δεν αντιδρούν εύκολα με το νερό και συνήθως απαιτείται ένας καταλύτης για να επιτραπεί η πραγματοποίηση αυτών των διεργασιών. Οι οργανικοί καταλύτες που βοηθούν στις αντιδράσεις σε ζωντανούς οργανισμούς είναι γνωστοί ως ένζυμα. Στο σώμα, ένζυμα όπως οι λιπάσες, οι υδατάνθρακες και οι πρωτεάσες καταλύουν τις αντιδράσεις με τα λίπη, τους υδατάνθρακες και τις πρωτεΐνες με το νερό.
Ένα παράδειγμα υδρόλυσης είναι η διάσπαση του αμύλου, το οποίο καταλύεται από το ένζυμο αμυλάση. Το άμυλο διασπάται σε μικρότερα μόρια, τα οποία αποτελούνται από τη ζάχαρη που είναι γνωστή ως μαλτόζη. Η μαλτόζη μπορεί στη συνέχεια να διασπαστεί περαιτέρω σε μόρια γλυκόζης, υπό την επίδραση του ενζύμου μαλτάση. Σε κάθε περίπτωση, το νερό συμμετέχει στη διαδικασία, διασπώντας το ίδιο και προσθέτοντας μια ομάδα υδροξυλίου και ένα ιόν υδρογόνου στα νέα μόρια που σχηματίζονται σε κάθε πλευρά του σπασμένου δεσμού.
Βιομηχανία
Πολλές βιομηχανικές διαδικασίες απαιτούν την υδρόλυση διαφόρων ουσιών για τη δημιουργία χρήσιμων προϊόντων. Συχνά, ωστόσο, οι πρώτες ύλες για αυτές τις διεργασίες δεν αντιδρούν εύκολα με τα μόρια του νερού, επομένως οι αντιδράσεις βοηθούνται με ποικίλα μέσα, όπως υψηλή πίεση, υψηλές θερμοκρασίες και καταλύτες. Η εργαστηριακή υδρόλυση συνήθως απαιτεί τη χρήση ενός καταλύτη, ο οποίος είναι συνήθως ένα ισχυρό οξύ ή αλκάλιο.
Η υδρόλυση χρησιμοποιείται εδώ και πολύ καιρό στην παραγωγή σαπουνιού. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, γνωστής ως σαπωνοποίηση, το λίπος υδρολύεται σε μια αντίδραση με νερό και το ισχυρό αλκάλιο, το υδροξείδιο του νατρίου. Η αντίδραση παράγει άλατα λιπαρών οξέων, κοινώς γνωστά ως σαπούνι. Η σαπωνοποίηση συμβαίνει μερικές φορές σε παλιές ελαιογραφίες όταν τα λιπαρά οξέα στην λαδομπογιά αντιδρούν με τα μέταλλα των χρωστικών χρωμάτων. Αυτό μπορεί να προκαλέσει την ανάπτυξη λευκών αποθέσεων και σβώλων στην επιφάνεια των έργων ζωγραφικής, αν και δεν είναι γνωστό γιατί εμφανίζεται μόνο σε ορισμένα έργα τέχνης και όχι σε άλλα.
Διάβρωση
Η υδρόλυση είναι μια σημαντική διαδικασία στη διάβρωση των πετρωμάτων. Διάφορα πυριτικά ορυκτά, όπως ο άστριος, υφίστανται αργές αντιδράσεις υδρόλυσης με νερό, σχηματίζοντας άργιλο και ιλύ, μαζί με διαλυτές ενώσεις. Αυτή η διαδικασία είναι σημαντική για το σχηματισμό των εδαφών και για τη διάθεση των βασικών ορυκτών στα φυτά.