Παραδείγματα υδρόλυσης (αλάτων, οξέων, βάσεων, οργανικών C.)

Το υδρόλυση, στη χημεία, είναι μια αντίδραση διπλής αποσύνθεσης με νερό ως ένα από τα αντιδραστήρια. Ως εκ τούτου, εάν μία ένωση αντιπροσωπεύεται από τον τύπο ΑΒ όπου τα Α και Β είναι άτομα ή ομάδες και νερό αντιπροσωπεύεται από τον τύπο HOH, η αντίδραση υδρόλυσης μπορεί να αναπαρασταθεί από αναστρέψιμη χημική εξίσωση: ΑΒ + HOH ⇌ AH + ΒΟΗ.

Αντιδραστήρια από το νερό και υδρόλυση προϊόντα μπορούν να είναι ουδέτερα μόρια, όπως και στις περισσότερες υδρολύσεως με ιοντικά μόρια ή ενώσεις οργανικά απόβλητα, όπως στην υδρόλυση των αλάτων, οξέων και βάσεων.

Στη βιοτεχνολογία και στους ζωντανούς οργανισμούς, αυτές οι ουσίες είναι συχνά πολυμερή (Encyclopædia Britannica, 2016).

Η λέξη προέρχεται από το υδρογόνο, την ελληνική για το νερό, και τη λύση, που σημαίνει "να ξεχαστεί". Υδρόλυση σημαίνει τον διαχωρισμό των χημικών ουσιών όταν προστίθενται στο νερό.

Οι τρεις κύριοι τύποι υδρολύσεως είναι η υδρόλυση αλάτων, η υδρόλυση οξέων και η υδρόλυση βάσεων.

Ευρετήριο

• 1 Υδρόλυση αλάτων
• 2 Υδρόλυση οξέων
• 3 Υδρόλυση βάσης
• 4 Υδρόλυση οργανικών ενώσεων
• 5 Παραδείγματα υδρόλυσης
• 6 Αναφορές

Υδρόλυση αλάτων

Στο νερό, τα άλατα διαχωρίζονται για να σχηματίσουν ιόντα (εντελώς ή ελλιπώς ανάλογα με την αντίστοιχη σταθερά διαλυτότητας, Ks).

Η υδρόλυση που περιλαμβάνει ιονικές ενώσεις μπορεί να απεικονισθεί με τις χημικές αλλαγές που συμβαίνουν σε ένα υδατικό διάλυμα του οξικού άλατος νατρίου.

Σε διάλυμα, τα ιοντικά συστατικά του άλατος (το οξικό ιόν και το ιόν νατρίου) διαχωρίζονται. Τα μόρια του νερού συνδυάζονται με οξικά ιόντα για να σχηματίσουν οξικό οξύ και ιόντα υδροξειδίου.

CH₃COONa + Η₂O → CH₃COOH + Na⁺ + OH^-

Το οξικό οξύ αποσυντίθεται αναστρέψιμα σε ιόντα οξικού και ιόντα υδρογόνου, αλλά μόνο σε πολύ μικρό βαθμό, έτσι ώστε η περιεκτικότητα σε ιόντα του διαλύματος να είναι σε μεγάλο βαθμό ιόντα νατρίου και υδροξειδίου. Επομένως, η λύση παρουσιάζει βασικές ιδιότητες (δηλαδή, αλλαγές στο χαρτί λακκούβας από κόκκινο σε μπλε).

Ένα άλλο παράδειγμα υδρόλυσης αλάτων είναι το χλωριούχο νάτριο, το οποίο σε υδατικό διάλυμα διαλύει τους ιονικούς δεσμούς του άλατος που διαλύεται με νερό όπως φαίνεται στο Σχήμα 1 (Patrina Kim, 2015).

Σχήμα 1: υδρόλυση χλωριούχου νατρίου

Οξική υδρόλυση

Το νερό μπορεί να δρα ως οξύ ή βάση, με βάση τη θεωρία του οξέος Brønsted-Lowry. Εάν ενεργεί ως οξύ Bronsted-Lowry, το μόριο του νερού θα δώσει ένα πρωτόνιο (H +), επίσης γραμμένο ως ιόν υδρογόνου (H3O) ⁺).

Εάν ενεργεί ως βάση Bronsted-Lowry, θα δεχόταν ένα πρωτόνιο (H ⁺). Μια αντίδραση όξινης υδρόλυσης είναι πολύ παρόμοια με μια αντίδραση διάστασης οξέος.

CH₃COOH + Η₂O ⇌ CH₃COO^- + H₃Ο⁺

Στην προηγούμενη αντίδραση, το πρωτόνιο Η⁺ του οξικού οξέος (CH₃COOH) χορηγείται σε νερό, παράγοντας Η₃Ο⁺ και CH₃COO^- . Οι δεσμοί μεταξύ Η⁺ και CH₃COO^- θραύονται με την προσθήκη μορίων νερού.

Μια αντίδραση με CH₃Το COOH, ένα ασθενές οξύ, είναι παρόμοιο με μια αντίδραση διάστασης οξέος, και το νερό σχηματίζει μια συζευγμένη βάση και ένα ιόν υδρογόνου. Όταν ένα ασθενές οξύ υδρολύεται, παράγεται ιόν υδρόνης (Εικονογραφημένο Γλωσσάριο Οργανικής Χημείας, S.F.).

Βασική υδρόλυση

Μία βασική αντίδραση υδρόλυσης θα είναι παρόμοια με την αντίδραση αποσύνθεσης βάσης. Μια κοινή αδύναμη βάση που διασπάται στο νερό είναι η αμμωνία:

NH₃+H₂O⇌NH₄⁺+OH^-

Στην υδρόλυση της αμμωνίας, το μόριο αμμωνίας δέχεται ένα πρωτόνιο από το νερό (δηλ, το νερό ενεργεί σαν ένα Bronsted-Lowry οξύ), παράγοντας ένα ανιόν υδροξειδίου (ΟΗ^-).

Παρόμοια με μια αντίδραση βασικής διάστασης, η αμμωνία σχηματίζει αμμώνιο και ένα υδροξείδιο από την προσθήκη ενός μορίου νερού.

Υδρόλυση οργανικών ενώσεων

Η υδρόλυση που περιλαμβάνει οργανικές ενώσεις μπορεί να απεικονισθεί με την αντίδραση του ύδατος με έναν εστέρα ενός καρβοξυλικού οξέος.

Όλοι αυτοί οι εστέρες έχουν τον γενικό τύπο RCO-OR ', όπου τα R και R' είναι ομάδες συνδυασμού (για παράδειγμα, εάν τα R και R 'αμφότερα αντιπροσωπεύουν την ομάδα μεθυλίου, CH₃, ο εστέρας είναι οξικός μεθυλεστέρας).

Η υδρόλυση περιλαμβάνει διάφορα στάδια, εκ των οποίων ο βραδύτερος είναι ο σχηματισμός ενός ομοιοπολικού δεσμού μεταξύ του ατόμου οξυγόνου του μορίου ύδατος και του ατόμου άνθρακα εστέρα.

Σε διαδοχικά στάδια, τα οποία είναι πολύ γρήγορα, ο δεσμός άνθρακα-οξυγόνου του εστέρα διασπάται και τα ιόντα υδρογόνου διαχωρίζονται από το αρχικό μόριο του νερού και δεσμεύονται με το νεογέννητο μόριο αλκοόλης. Η πλήρης αντίδραση αντιπροσωπεύεται από την εξίσωση:

RCO-OR '+ Η2Ο »RCO-ΟΗ + R'-ΟΗ.

Όπου το RCO-OH υποδηλώνει ένα μόριο ενός καρβοξυλικού οξέος, το R'-OH δηλώνει ένα μόριο μιας αλκοόλης και οι παύλες αντιπροσωπεύουν ομοιοπολικούς δεσμούς που διασπώνται ή σχηματίζονται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης. Το Σχήμα 2 απεικονίζει ένα παράδειγμα της υδρόλυσης του οξικού μεθυλεστέρα (Clark, 2004).

Σχήμα 2: υδρόλυση οξικού μεθυλεστέρα

Οι αντιδράσεις υδρολύσεως σε ζωντανούς οργανισμούς διεξάγονται με τη βοήθεια καταλύσεως από μία κατηγορία ενζύμων γνωστών ως υδρολάσες.

Οι βιοχημικές αντιδράσεις που διασπούν τα πολυμερή, όπως πρωτεΐνες (πεπτιδικούς δεσμούς μεταξύ των αμινοξέων), νουκλεοτίδια, σύνθετα σάκχαρα και άμυλο, και τα λίπη που καταλύεται από αυτό το ένζυμο τάξης.

Μέσα σε αυτή την κατηγορία, λιπάσες, αμυλάσες και πρωτεϊνάσες υδρολύουν τα λίπη, τα σάκχαρα και τις πρωτεΐνες, αντίστοιχα (Boundless, 2016).

Βακτήρια και μύκητες που αποικοδομούν κυτταρίνη παίζουν ιδιαίτερο ρόλο στην παραγωγή χαρτιού και άλλες καθημερινές εφαρμογές της βιοτεχνολογίας, επειδή είναι ένζυμα (κυτταρινάσες και εστεράσες) που μπορεί να σπάσει πολυσακχαρίτες κυτταρίνης (πολυμερή μόρια σακχάρου) ή γλυκόζη και αποσυντίθενται κολλώδες.

Για παράδειγμα, πρωτεϊνάση προστέθηκε στο κυτταρικό εκχύλισμα, προκειμένου να υδρολυθούν τα πεπτίδια και να παραχθεί ένα μίγμα ελεύθερων αμινοξέων (Phillips, 2016).

Παραδείγματα υδρόλυσης

Η διάλυση ενός άλατος ασθενούς οξέος ή μιας βάσης σε νερό είναι ένα παράδειγμα αντίδρασης υδρόλυσης. Ισχυρά οξέα μπορούν επίσης να υδρολυθούν. Για παράδειγμα, η διάλυση του θειικού οξέος σε νερό παράγει υδρογόνο και διθειικό άλας.

Η υδρόλυση μιας ζάχαρης έχει το δικό της όνομα: σακχαροποίηση. Για παράδειγμα, η σακχαρόζη της ζάχαρης μπορεί να υποβληθεί σε υδρόλυση για να διασπαστεί στα συστατικά σάκχαρα, γλυκόζη και φρουκτόζη.

Η καταλυόμενη με βάση την οξύ υδρόλυση είναι ένας άλλος τύπος αντίδρασης υδρόλυσης. Ένα παράδειγμα είναι η υδρόλυση αμιδίων.

Σε βιολογικά συστήματα, η υδρόλυση τείνει να καταλύεται από ένζυμα. Ένα καλό παράδειγμα είναι η υδρόλυση του μορίου ενέργειας ΑΤΡ. Η καταλυόμενη υδρόλυση χρησιμοποιείται επίσης για την πέψη πρωτεϊνών, υδατανθράκων και λιπιδίων (Helmenstine, 2017).

Αναφορές

1. (2016, Μάιος 26). Υδρόλυση. Από το απεριόριστο: boundless.com.
2. Ο Clark, J. (2004). Ο ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΑΘΑΛΑΣΜΕΝΗ ΥΔΡΟΛΥΣΗ ΤΩΝ ΕΣΤΕΡΩΝ ΣΤΟ ΟΞΥ. Ανακτήθηκε από chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
3. Encyclopædia Britannica. (2016, 16 Νοεμβρίου). Υδρόλυση. Λήψη από britannica: britannica.com.
4. Helmenstine, Α. Μ. (2017, 23 Μαρτίου). Ορισμός και παραδείγματα υδρόλυσης. Λήψη από thoughtco: thoughtco.com.
5. Εικονογραφημένο Γλωσσάριο Οργανικής Χημείας. (S.F.). Από το chem.ucla.edu: web.chem.ucla.edu.
6. Patrina Kim, G.H. (2015, 20 Οκτωβρίου). Υδρόλυση. Λήψη από chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
7. Phillips, Τ. (2016, 16 Σεπτεμβρίου). Μια επεξήγηση της υδρόλυσης. Από την ισορροπία: thebalance.com.