Hidroliză

Sub denumirea generică de hidroliză (citiți „hidroliză” sau „hidroliză” ^{[1] [2]} , din greaca ὕδωρ, apă și λύω, pentru a se dizolva) diferite reacții chimice în care moleculele sunt împărțite în două sau mai multe părți pentru efectul apei și uneori poate fi considerat ca reacția inversă a reacției de condensare . ^[3]

Vorbim de reacții de hidroliză, pentru acele reacții care văd interacțiunea dintre un ion și apă.

Nu trebuie confundat cu hidratarea , în care o moleculă de apă este adăugată la o moleculă (ca în cazul hidratării alchenelor la alcooli ).

Hidroliza este un tip particular de solvoliză în care apa joacă rolul unui solvent. ^[4]

Tipuri

Reacțiile de hidroliză sunt printre cele mai variate; unele sunt spontane , altele au nevoie de un catalizator , adesea un acid sau o bază . În sistemele vii, hidroliza este adesea catalizată de enzime specifice din familia hidrolazelor .

Derivați carboxilici

Un exemplu de hidroliză sunt acele catalizate cu acid-bază de esteri , anhidri , amide și cloruri de acil pentru a da acizi carboxilici ;

Saponificarea unui triglicerid în condiții de bază, un exemplu clar de hidroliză esterică

Aceste hidrolize apar atunci când nucleofilul (un agent precum apa sau un ion hidroxil) atacă carbonul grupării ester sau amidă carbonil. Folosind o bază de soluție apoasă , ionii hidroxil sunt nucleofili mai buni decât apa, în timp ce în condiții acide gruparea carbonil devine protonată și acest lucru duce la un atac nucleofil mult mai ușor al apei. În ambele cazuri, produsul de hidroliză este un acid carboxilic.

Poate că cel mai vechi exemplu de hidroliză practicat comercial este saponificarea . este hidroliza unui triglicerid cu hidroxid de sodiu în soluție apoasă. În timpul procesului, acizii grași reacționează cu baza și formează glicerol și sarea de sodiu a acidului carboxilic, folosită ca săpun.

Polizaharide

Monozaharidele pot fi legate între ele prin legături glicozidice, care pot fi clivate prin hidroliză, iar legătura prin aceste legături duce la formarea de oligo și polizaharide. Enzimele care hidrolizează legăturile glicozidice se numesc „ glicozidaze ”.

Structura lactozei , în care se observă legătura glicozidică în care oxigenul leagă cele două unități monozaharide constituente: D-galactoză și D-glucoză

Cea mai cunoscută dizaharidă este zaharoza (zahărul de masă). Hidroliza împarte zaharoza în cele două monozaharide constitutive, glucoza și fructoza . Invertaza este o enzimă zaharază utilizată industrial pentru hidroliza zaharozei, producând astfel așa-numitul zahăr invertit. Lactaza este esențială pentru hidroliza digestivă a lactozei prezente în produsele lactate; mulți oameni adulți nu produc lactază și nu pot digera lactoza din lapte.

Hidroliza polizaharidelor din unitățile lor repetitive se numește „zaharificare”. Malțul pe bază de orz este utilizat ca sursă de β-amilază pentru a descompune amidonul în maltoză , o dizaharidă, care poate fi folosită de drojdie pentru a produce bere. Alte enzime de tip amilază pot transforma amidonul în glucoză sau alte oligozaharide. De exemplu, celuloza este mai întâi hidrolizată în celobioză de către celulază și apoi celobioza este ulterior hidrolizată în glucoză prin beta-glucozidază. Animalele, cum ar fi vacile sau rumegătoarele, sunt în general capabile să hidrolizeze celuloza în celobioză și apoi glucoză datorită bacteriilor simbionte care produc celulază , altfel animalele nu pot digera aceste substanțe.

Săruri

Termenul de hidroliză indică, de asemenea, reacția suferită de ionii care derivă din acid sau bază slabă: aceștia reacționează cu apa, dând naștere parțial electrolitului slab inițial și provocând o modificare a pH-ului .

Sărurile sunt obținute din reacții acido-bazice (rețineți că comportamentul este legat de acidul-bază conjugat respectiv, care sunt ionii constitutivi ai sării):

• Acid slab + bază puternică = Sarea dizolvată în apă generează soluții bazice

• Acid puternic + bază slabă = Sarea dizolvată în apă generează soluții acide

• Acid puternic + bază puternică = Sarea dizolvată în apă generează soluții neutre

• Acid slab + bază slabă = Sarea dizolvată în apă generează soluții în care pH-ul depinde de rezistența relativă a componentelor

Putem lua în considerare exemplul variației pH-ului cauzat de soluția de NaCN, o sare derivată din acidul slab HCN și baza puternică NaOH. În soluție, se generează ioni Na ⁺ și CN ^- . Primul este inactiv, în timp ce al doilea oferă hidroliză:

CN ^- + H ₂ O ${\displaystyle <span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\rightleftharpoons </span></span>}${\ displaystyle \ rightleftharpoons} HCN + OH ^-

Reacția a conduce la formarea de acid cianhidric (acid conjugat al bazei de cianură) și OH ^- ioni. Acest tip de reacție este un exemplu de hidroliză bazică .

Să luăm acum în considerare reacția de hidroliză a clorurii de amoniu, NH ₄ Cl, o sare derivată din acidul puternic HCl și din baza slabă NH ₃ . În soluție, se generează ioni NH ₄ ⁺ și Cl ^- . Ionul clorură este inactiv, în timp ce ionul amoniu oferă hidroliză:

NH ₄ ⁺ + H ₂ O ${\displaystyle <span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\rightleftharpoons </span></span>}${\ displaystyle \ rightleftharpoons} NH ₃ + H ⁺

În această reacție ionul NH ₄ ⁺ , un acid slab, reacționează prin refacerea parțială a bazei sale conjugate (amoniac, NH ₃ ) dând hidroliza acidă .

În cele din urmă, să luăm în considerare cazul unei sări derivate atât din acid slab, cât și din bază, cianură de amoniu, NH ₄ CN: în acest caz ambii ioni suferă hidroliză, dar baza conjugată a NH ₄ ⁺ fiind mai puternică decât acidul cianhidric, așa cum se poate deduce din constantele relative de echilibru, va predomina hidroliza bazică, iar pH-ul va fi alcalin.

Aquoions metalice

Același subiect în detaliu: Ionii metalici în soluție apoasă .

Ionii metalici sunt acizi Lewis și în soluție apoasă se formează (ionii hidratați) apoase cu formula generală M (H ₂ O) _n ^{m +. [5] [6]} Aquoionii se pot hidroliza într-un grad mai mare sau mai mic; primul pas al procesului de hidroliză poate fi exprimat generic ca

M (H ₂ O) _n ^{m +} + H ₂ O ⇄ M (H ₂ O) _{n - 1} (OH) ^{(m - 1) +} + H ₃ O ⁺

Cationul metalic se comportă, așadar, ca acidul Brønsted . Acest efect poate fi înțeles având în vedere că sarcina pozitivă a ionului metalic produce un efect inductiv care slăbește legătura O - H a apei coordonate, facilitând detașarea unui proton.

Logaritmul constantei de disociere a acidului a reacției (pK _a ) depinde de raportul sarcină / rază al ionului metalic. ^[7] Ionii cu sarcină redusă precum Na ⁺ sunt acizi foarte slabi care determină hidroliza într-o cantitate imperceptibilă. Ionii bivalenți mari, cum ar fi Ca ²⁺ , Zn ²⁺ , Sn ²⁺ și Pb ^2+, au un pK _a de 6 sau mai mult și nu sunt clasificați în mod normal ca acizi, dar ionii bivalenți mici, cum ar fi Be ^2+, sunt hidrolizați extensiv. Trivalent ioni , cum ar fi Al ³⁺ și Fe ³⁺ sunt acizi slabi cu pKa similar cu cel al acidului acetic . Soluțiile apoase de săruri , cum ar fi BeCl ₂ sau Al (NO _{3) 3} sunt foarte acide; hidroliza poate fi prevenită prin adăugarea unui acid precum acidul azotic , care face soluția mai acidă.

Procesul de hidroliză poate continua dincolo de primul pas, ducând deseori la formarea speciilor polinucleare cu o secvență de reacții numită olation . Hidroliza tinde să se desfășoare pe măsură ce pH-ul crește, ducând deseori la precipitarea hidroxizilor precum Al (OH) ₃ sau AlO (OH).

Notă

Bibliografie

• ( EN ) CF Baes și RE Mesmer, The Hydrolysis of Cations , ediția a II-a, Krieger, 1976, ISBN 0-89874-892-5 .
• ( EN ) J. Burgess, Ioni metalici în soluție , Chichester, Ellis Horwood, 1978, ISBN 0-85312-027-7 .
• ( EN ) DT Richens, The Chemistry of Aqua Ions: Synthesis, Structure and Reactivity , Wiley, 1997, ISBN 0-471-97058-1 .

Elemente conexe

• Hidrogenoliza
• Reacție de neutralizare
• Condensare
• Străin
• Amide
• Acizi carboxilici
• Alcooli
• Echilibru chimic
• Teoria acid-bazică Brønsted-Lowry
• Reacție de hidratare

Alte proiecte

• Wikționarul conține dicționarul lema « hidroliză »
• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre hidroliză

linkuri externe

• ( EN ) Hydrolysis , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
• Hidroliza sării , pe itchiavari.org .
• Idrolisi , în Treccani.it - ​​Enciclopedii online , Institutul Enciclopediei Italiene.

Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei