Хімія, як і більшість точних наук, які потребують багато уваги і твердих знань, ніколи не була улюбленою дисципліною школярів. А дарма, адже з її допомогою можна зрозуміти безліч процесів, що відбуваються навколо і усередині людини. Взяти, наприклад, реакцію гідролізу: на перший погляд здається, що вона має значення лише для вчених-хіміків, але насправді без неї жоден організм не міг би повноцінно функціонувати. Давайте дізнаємося про особливості даного процесу, а також про його практичне значення для людства.

Реакція гідролізу: що це таке?

Цим словосполученням називається специфічна реакція обмінного розкладання між водою і растворяемим у ній речовиною з утворенням нових сполук. Гідроліз також можна назвати сольволизом у воді. Даний хімічний термін утворений від 2 грецьких слів: «вода» і «розкладання».

Продукти гідролізу

Розглянута реакція може відбуватися при взаємодії Н 2 Про як з органічними, так і неорганічними речовинами. Її результат безпосередньо залежить від того, з чим контактувала вода, а також використовувалися при цьому додаткові речовини-каталізатори, змінювались температура і тиск. Наприклад, реакція гідролізу солі сприяє утворенню кислот і лугів. А якщо мова йде про органічних речовинах, виходять інші продукти. Водний сольволиз жирів сприяє виникненню гліцерину і вищих жирних кислот. Якщо процес відбувається з білками, в результаті утворюється різні амінокислоти. Вуглеводи (полісахариди) розкладаються на моносахариди.


В тілі людини, нездатну повноцінно засвоювати білки і вуглеводи, реакція гідролізу «спрощує» їх до речовин, які організм в змозі переварити. Так що сольволиз у воді грає важливу роль у нормальному функціонуванні кожної біологічної особини.

Гідроліз солей

Дізнавшись, що таке реакція гідролізу, варто ознайомитися з її протіканням в речовинах неорганічного походження, а саме солях. Особливостями даного процесу є те, що при взаємодії цих з'єднань з водою іони слабкого електроліту в складі солі від'єднуються від неї і утворюють з Н 2 Про нові речовини. Це може бути або кислота, або слабка підстава, або і те, і інше. Внаслідок цього відбувається зміщення рівноваги дисоціації води.

Оборотний і необоротний гідроліз

У наведеному вище прикладі в останньому рівняння гідролізу можна помітити замість однієї дві стрілки, причому обидві спрямовані в різні сторони. Що це означає? Даний знак сигналізує про те, що реакція гідролізу має оборотний характер. На практиці це означає, що, взаємодіючи з водою, взяте речовина одночасно не тільки розкладається на складові (які дозволяють виникати новим з'єднанням), але і утворюється знову. Однак не всякий гідроліз має оборотний характер, інакше б він не мав сенсу, так як нові речовини були нестабільні. Існує ряд факторів, які можуть сприяти тому, щоб подібна реакція стала незворотною:

Температура. Від того, що вона підвищується або знижується, залежить те, в яку сторону зміщується рівновага у влаштованій реакції. Якщо вона стає вище, відбувається зміщення до ендотермічної реакції. Якщо навпаки, температура знижується, перевага виявляється на стороні екзотермічної реакції.

Тиск. Це ще одна термодинамічна величина, активно впливає на іонний гідроліз. Якщо вона підвищується, хімічна рівновага виявляється зміщено у бік реакції, яку супроводжує зменшення загальної кількості газів. Якщо знижується, навпаки.

Висока або низька концентрація речовин, що беруть участь у реакції, а також наявність додаткових каталізаторів.

Види реакцій гідролізу в сольових розчинах

По аніону (іон з негативним зарядом). Сольволиз у воді солей слабких кислот і сильних основ. Така реакція з-за властивостей взаємодіючих речовин має оборотний характер.

За катиону (іон з позитивним зарядом). Гідроліз солі сильної кислоти і підстави слабкого. Вона також оборотна.

Реакція солі слабкої кислоти і слабкої основи. Такий процес можна вважати практично незворотнім, оскільки всі новоутворені речовини залишають так звану зону реакції, випадаючи в осад або перетворюючись на газ.

У разі якщо і основа, і сіль кислоти – сильні, у такому розчині не відбувається водний сольволиз.

Ступінь гідролізу

Вивчаючи особливості гідролізу в солях, варто звернути увагу на таке явище, як його ступінь. Із цим словом мається на увазі співвідношення солей (які вже вступили в реакцію розкладання з Н 2 О) до загальної кількості міститься даної речовини в розчині. Чим слабкіше кислоти або основи, яка бере участь у гідролізі, тим вище його ступінь. Вона вимірюється в межах 0-100 % і визначається по формулі, наведеної нижче. N – число молекул речовини, що пройшли гідроліз, а N 0 - загальна їх кількість в розчині. У більшості випадків ступінь водного сольволиза в солях невелика. Наприклад, в розчині ацетату натрію 1%-м вона складає всього 001 % (при температурі 20 градусів).

Гідроліз в речовинах органічного походження

Досліджуваний процес може відбуватися і в органічних хімічних сполуках. Практично у всіх живих організмах відбувається гідроліз як частина енергетичного обміну (катаболізму). З його допомогою розщеплюються білки, жири і вуглеводи на легко засвоювані речовини. При цьому часто сама вода рідко виявляється в змозі запустити процес сольволиза, тому організмам доводиться використовувати різні ферменти як каталізатори.
Якщо ж мова йде про хімічної реакції з органічними речовинами, спрямованої на отримання нових речовин в умовах лабораторії або виробництва, то для прискорення та покращення його в розчин додають сильні кислоти або лугу.

Гідроліз в триглицеридах (триацилглицеринах)

Цим складно вимовною терміном іменуються жирні кислоти, які більшості з нас відомі як жири. Вони бувають як тваринного, так і рослинного походження. Проте всім відомо, що вода не здатна розчиняти такі речовини, як же відбувається гідроліз жирів? Розглянута реакція іменується омилением жирів. Це водний сольволиз триацилглицеринов під впливом ферментів в лужному або кислотному середовищі. В залежності від неї, виділяється лужний гідроліз і кислотний. У першому випадку в результаті реакції утворюються солі вищих жирних кислот (більше відомі всім як мила). Таким чином, з NaOH виходить звичайне тверде мило, а з КОН – рідке. Так що лужний гідроліз в триглицеридах – це процес утворення миючих засобів. Варто відзначити, що його можна вільно проводити в жирах як рослинного, так і тваринного походження. Розглянута реакція є причиною того, що мило досить погано пере в жорсткій воді і взагалі не милиться у солоній. Справа в тому, що називається жорсткою Н 2 О, в якій міститься в надлишку іонів кальцію і магнію. А мило, потрапивши у воду, знову піддається гідролізу, розпадаючись на іони натрію і вуглеводневий залишок. В результаті взаємодії цих речовин у воді утворюються нерозчинні солі, які і виглядають як білі пластівці. Щоб цього не сталося, у воду додається гідрокарбонат натрію NaHCO 3 , більш відомий як харчова сода. Ця речовина збільшує лужність розчину і тим самим допомагає милу виконувати свої функції. До речі, щоб уникнути подібних неприємностей, в сучасній промисловості виготовляють синтетичні мийні засоби з інших речовин, наприклад з солей складних ефірів вищих спиртів і сірчаної кислоти. В їх молекулах міститься від дванадцяти до чотирнадцяти вуглецевих атомів, завдяки чому вони не втрачають своїх властивостей в солоній або жорсткій воді. Якщо середовище, в якій відбувається реакція кисла, такий процес називається кислотним гідролізом триацилглицеринов. В даному випадку під дією певної кислоти речовини еволюціонують до гліцерину і карбонових кислот. Гідроліз жирів має ще один варіант - це гідрогенізація триацилглицеринов. Цей процес використовується в деяких видах очищення, наприклад при видаленні слідів етилену або ацетилену з кисневих домішок з різних систем.

Гідроліз вуглеводів

Аналізовані речовини є одними з найбільш важливих складових їжі людини і тварин. Однак сахароза, лактоза, мальтоза, крохмаль і глікоген в чистому вигляді організм не здатний засвоїти. Тому, так само як і у випадку з жирами, ці вуглеводи розщеплюються на засвоювані елементи за допомогою реакції гідролізу. Також водний сольволиз вуглеців активно застосовується і в промисловості. З крохмалю, внаслідок розглянутої реакції з Н 2 О, глюкозу добувають і патоку, які входять до складу практично всіх солодощів. Ще один полісахарид, який активно використовується в промисловості для виготовлення багатьох корисних речовин і продуктів, – це целюлоза. З неї добувають технічний гліцерин, етиленгліколь, дріжджі кормові, сорбіт і добре відомий усім етиловий спирт. Гідроліз целюлози відбувається при тривалому впливі високої температури і наявності мінеральних кислот. Кінцевим продуктом цієї реакції є, як і у випадку з крохмалем, глюкоза. При цьому варто враховувати, що гідроліз целюлози відбувається більш складно, ніж у крохмалю, оскільки цей полісахарид стійкішими до впливу мінеральних кислот. Однак оскільки целюлоза є головною складовою клітинних оболонок усіх вищих рослин, сировину, що її містить, обходиться дешевше, ніж для крохмалю. При цьому целюлозну глюкозу більше використовують для технічних потреб, в той час як продукт гідролізу крохмалю вважається краще придатним для харчування.

Гідроліз білків

Білки - це основний будівельний матеріал для клітин усіх живих організмів. Вони складаються з численних амінокислот і є дуже важливим продуктом для нормального функціонування організму. Однак, будучи високомолекулярними з'єднання, вони можуть погано засвоюватися. Щоб спростити цю задачу, відбувається їх гідроліз. Як і у випадку з іншими органічними речовинами, дана реакція руйнує білки до низькомолекулярних продуктів, легко засвоюваних організмом.