Kemija, kao i većina egzaktnih znanosti koje zahtijevaju puno pažnje i solidnog znanja, nikada nije bila omiljena disciplina školaraca. Ali uzalud, jer uz njegovu pomoć možete razumjeti mnoge procese koji se događaju oko i unutar osobe. Uzmimo, na primjer, reakciju hidrolize: na prvi se pogled čini da je važna samo kemijskim znanstvenicima, ali zapravo, bez nje nijedan organizam ne bi mogao u potpunosti funkcionirati. Naučimo o značajkama ovog procesa, kao io njegovom praktičnom značenju za čovječanstvo.
Reakcija hidrolize: što je to?
Ovaj izraz je specifična reakcija razmjene između vode i tvari otopljene u njoj uz stvaranje novih spojeva. Hidroliza se također može nazvati solvolizom u vodi.
Ovaj kemijski izraz izveden je iz 2 grčke riječi: "voda" i "razgradnja".
Proizvodi za hidrolizu
Reakcija koja se razmatra može se dogoditi kada H2O stupi u interakciju s organskim i anorganskim tvarima. Njegov rezultat izravno ovisi o tome s čime je voda došla u dodir, a također i o tome je liove dodatne tvari-katalizatore, jesu li temperatura i tlak promijenjeni.
Na primjer, reakcija hidrolize soli potiče stvaranje kiselina i lužina. A kada su u pitanju organske tvari, dobivaju se drugi proizvodi. Vodena solvoliza masti potiče stvaranje glicerola i viših masnih kiselina. Ako se proces odvija s proteinima, kao rezultat nastaju razne aminokiseline. Ugljikohidrati (polisaharidi) se razlažu na monosaharide.
U ljudskom tijelu, koje nije u stanju potpuno apsorbirati proteine i ugljikohidrate, reakcija hidrolize ih "pojednostavljuje" na tvari koje tijelo može probaviti. Dakle, solvoliza u vodi igra važnu ulogu u normalnom funkcioniranju svakog biološkog pojedinca.
Hidroliza soli
Kada ste naučili što je reakcija hidrolize, trebali biste se upoznati s njezinim tijekom u tvarima anorganskog porijekla, odnosno soli.
Obilježja ovog procesa je da kada ovi spojevi stupe u interakciju s vodom, slabi ioni elektrolita u sastavu soli se odvajaju od nje i tvore nove tvari s H2O. Može biti ili kiselina ili slaba baza, ili oboje. Kao rezultat svega toga dolazi do pomaka u ravnoteži disocijacije vode.
Reverzibilna i nepovratna hidroliza
U gornjem primjeru, u posljednjoj jednadžbi hidrolize, možete vidjeti dvije strelice umjesto jedne, obje pokazuju u različitim smjerovima. Što to znači? Ovaj znak ukazuje da je reakcija hidrolize reverzibilna. U praksi ovoznači da se u interakciji s vodom preuzeta tvar istovremeno ne samo razlaže na komponente (koje omogućuju stvaranje novih spojeva), već se i ponovno formira.
Međutim, nije svaka hidroliza reverzibilna, inače ne bi imalo smisla jer bi nove tvari bile nestabilne.
Postoji niz čimbenika koji ovu reakciju mogu učiniti nepovratnom:
- Temperatura. Ovisi o tome raste li ili pada, u kojem se smjeru pomiče ravnoteža u reakciji koja je u tijeku. 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 utječe na ionsku hidrolizu. Ako poraste, kemijska se ravnoteža pomiče prema reakciji, što je popraćeno smanjenjem ukupne količine plinova. Ako padne, obrnuto.
- Visoka ili niska koncentracija tvari uključenih u reakciju, kao i prisutnost dodatnih katalizatora.
Vrste reakcija hidrolize u slanim otopinama
Prema anionu (ion s negativnim nabojem). Solvoliza u vodi kiselih soli slabih i jakih baza. Takva je reakcija, zbog svojstava tvari koje djeluju, reverzibilna
- Kationom (ion s pozitivnim nabojem). Hidroliza soli jake kiseline i slabe baze. Ona takođerreverzibilno.
- Reakcija soli slabe kiseline i slabe baze. Takav se proces može smatrati gotovo nepovratnim, budući da sve novonastale tvari napuštaju tzv. reakcijsku zonu, taložeći se ili pretvarajući se u plin.
- Ako su i baza i kisela sol jake, u takvoj otopini ne dolazi do solvolize vode.
Stupanj hidrolize
Proučavajući značajke hidrolize u solima, vrijedi obratiti pažnju na takav fenomen kao što je njegov stupanj. Ova riječ znači omjer soli (koje su već ušle u reakciju razgradnje s H2O) prema ukupnoj količini ove tvari sadržane u otopini.
Što je kiselina ili baza slabija uključena u hidrolizu, to je njezin stupanj veći. Mjeri se unutar 0-100% i određuje se prema donjoj formuli.
N je broj molekula tvari koje su podvrgnute hidrolizi, a N0 je njihov ukupan broj u otopini.
U većini slučajeva, stupanj solvolize vode u solima je nizak. Na primjer, u 1% otopini natrijevog acetata to je samo 0,01% (na temperaturi od 20 stupnjeva).
Hidroliza u tvarima organskog porijekla
Proces koji se proučava može se dogoditi i u organskim kemijskim spojevima.
Praktično u svim živim organizmima, hidroliza se događa 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 rijetkopokazalo se da može pokrenuti proces solvolize, pa organizmi moraju koristiti razne enzime kao katalizatore.
Ako govorimo o kemijskoj reakciji s organskim tvarima s ciljem dobivanja novih tvari u laboratoriju ili proizvodnom okruženju, tada se otopini dodaju jake kiseline ili lužine kako bi se ubrzala i poboljšala.
Hidroliza u trigliceridima (triacilglicerolima)
Ovaj termin koji je teško izgovoriti odnosi se na masne kiseline, koje većina nas zna kao masti.
Dolaze i životinjskog i biljnog podrijetla. Međutim, svi znaju da voda ne može otopiti takve tvari, kako dolazi do hidrolize masti?
Reakcija koja se razmatra naziva se saponifikacija masti. Ovo je vodena solvoliza triacilglicerola pod utjecajem enzima u alkalnom ili kiselom mediju. Ovisno o tome, 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 dobiva obični čvrsti sapun, a iz KOH tekući sapun. Dakle, alkalna hidroliza u trigliceridima je proces stvaranja deterdženata. Vrijedi napomenuti da se može slobodno provoditi u mastima biljnog i životinjskog podrijetla.
Dotična reakcija 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 iona kalcija i magnezija. A sapun, jednom u vodi, ponovno prolazi kroz hidrolizu, razgrađujući se na natrijeve ione i ostatak ugljikovodika. Kao rezultat interakcije ovih tvari u vodi nastaju netopive soli koje izgledaju poput bijelih pahuljica. Kako se to ne bi dogodilo, u vodu se dodaje natrijev bikarbonat NaHCO3, poznatiji kao soda bikarbona. Ova tvar povećava lužnatost otopine i time pomaže sapunu da obavlja svoje funkcije. Usput, kako bi se izbjegle takve nevolje, u suvremenoj industriji sintetski deterdženti izrađuju se od drugih tvari, na primjer, od soli estera viših alkohola i sumporne kiseline. Njihove molekule sadrže od dvanaest do četrnaest atoma ugljika, tako da ne gube svojstva u slanoj ili tvrdoj vodi.
Ako je okruženje u kojem se reakcija odvija kiselo, ovaj proces se naziva kisela hidroliza triacilglicerola. U tom slučaju, pod utjecajem određene kiseline, tvari evoluiraju u glicerol i karboksilne kiseline.
Hidroliza masti ima još jednu mogućnost - hidrogenaciju triacilglicerola. Ovaj proces se koristi u nekim vrstama čišćenja, kao što je uklanjanje tragova acetilena iz etilena ili nečistoća kisika iz raznih sustava.
Hidroliza ugljikohidrata
Razmatrane tvari su među najvažnijim sastojcima ljudske i životinjske hrane. Međutim, saharozu, laktozu, m altozu, škrob i glikogen u čistom obliku tijelo nije u stanju apsorbirati. Stoga, baš kao i u slučajumasti, ti se ugljikohidrati razgrađuju u probavljive elemente reakcijom hidrolize.
Također, vodena solvoliza ugljika aktivno se koristi u industriji. Iz škroba, kao rezultat razmatrane reakcije s H2O, ekstrahiraju se glukoza i melasa, koje su dio gotovo svih slatkiša.
Još jedan polisaharid koji se aktivno koristi u industriji za proizvodnju mnogih korisnih tvari i proizvoda je celuloza. Iz njega se ekstrahiraju tehnički glicerin, etilen glikol, stočni kvasac, sorbitol i dobro poznati etilni alkohol.
Hidroliza celuloze nastaje pri dugotrajnom izlaganju visokoj temperaturi i prisutnosti mineralnih kiselina. Krajnji produkt ove reakcije je, kao i u 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 prehranu.
Hidroliza proteina
Proteini su glavni građevinski materijal za stanice svih živih organizama. Sastoje se od brojnih aminokiselina i vrlo su važan proizvod za normalno funkcioniranje organizma. Međutim, zbog velike molekularne težinespojeva, mogu se slabo apsorbirati. Da bi se ovaj zadatak pojednostavio, hidroliziraju se.
Kao i kod drugih organskih tvari, ova reakcija razgrađuje proteine u proizvode niske molekularne težine koje tijelo lako apsorbira.
