Гідроліз: хімія

Ви добре там, де, що, відповідно до теорії електролітичноїдисоціації, у водному розчині частинки розчиненої речовини взаємодіють з молекулами води. Така взаємодія може привести до реакції гідролізу (від грецького hydro – вода, lysis – розкладання, расіад).

Гідроліз – це реакція обмінного розкладання речовин водою.
Гідролізу піддаються різні речовини: неорганічні – солі, карбіди і гідриди металів, галогеніди неметалів; органічні – гялогеналкани. складні зфіри і жири, вуглеводи, білки, полінуклеотіди.
Реакції гідролізу можуть протікати оборотно і необоротно. Розглянемо різні випадки цього процесу і його значення.

Гідроліз органічних речовин

гідроліз галогеналканов
Гідроліз галогеналканов використовують дли отримання спиртів.

Присутність лугу (ОН) іоеволяет «зв’язати» утворюється кислоту і змістити рівновагу в бік утворення спирту.

Гідроліз складних ефірів
Гідроліз складних ефірів протікає оборотно в кислотному середовищі (у присутності неорганічної кислоти) з утворенням відповідного спирту і карбонової кислоти.
Для зміщення хімічне рівновазі в бік продуктів реакції гідроліз проводять у присутності лугу.
Історично першим прикладом такої реакції було лужне розщеплення складних ефірів вищих жирних кислот, що призвело до отримання мила. Це сталося в 1811 році, коли французький вчений Е. Шеврель. нагріваючи жири з водою в лужному середовищі, отримав гліцерин і мила – солі вищих карбонових кислот. На підставі цього експерименту було встановлено склад жирів, вони виявилися складними ефірами, але тільки «тричі складними., Похідними трехатомного спирту гліцерину – трігліцерідамн. А процес гідролізу складних ефірів в лужному середовищі досі називають «омиленням».

Наприклад, омилення ефіру, утвореного гліцерином, пальмітинової і стеаринової кислотами:

гідроліз
Натрієві солі вищих карбонових кислот – основні компоненти твердого мила, калієві солі – рідкого мила.
Французький хімік М. Бертло в 1854 р здійснив реакцію етерифікації і вперше синтезував жир. Отже, гідроліз жирів (як і інших складних ефірів) протікає оборотно. Рівняння реакції можна спрощено записати так:

гідроліз
В живих організмах відбувається ферментативний гідроліз жирів. У кишечнику під впливом ферменту ліпази жири їжі гідратізуются на гліцерин і органічні кислоти, які всмоктуються стінками кишечника, і в організмі синтезуються нові жири, властиві даному організму. Вони по лімфатичної системи надходять в кров, а потім в жирову тканину. Звідси жири надходять в інші органи і тканини організму, де в процесі обміну речовин в клітинах знову гідроліеу-ються і потім поступово окислюються до оксиду вуглецю і води з виделеііем енергії, необхідної для життєдіяльності.
У техніці гідроліз жирів використовують для отримання гліцерину, вищих карбонових кислот, мила.

гідроліз вуглеводів
Як ви зіяете, вуглеводи є найважливішими компонентами нашої їжі. Причому ди (сахароза, лактоза, мальтоза) і полісахариди {крохмаль, глікоген) безпосередньо не засвоюються організмом. Вони, так само як і жири, спочатку піддаються гідролізу. Гідроліз крохмалю йде ступінчасто.

У лабораторних і промислових умовах в якості каталізатора цих процесів використовують кислоту. Реакції здійснюють при нагріванні.
Реакцію гідролізу крохмалю до глюкози при каталітичному дії сірчаної кислоти здійснив в 1811 р російський вчений К. С. Кирхгоф.
В організмі людини і тварин гідроліз вуглеводів відбувається під дією ферментів (схема 4).
Промисловим гідролізом крохмалю отримують глюкозу і патоку (суміш декстринів, мальтози і глюкози). Патоку застосовують в кондитерській справі.
Декстрини як продукт часткового гідролізу крохмалю мають клеїть дією: з ними пов’язана поява скориночки на хлібі п смаженому картоплі, а також утворення щільної плівки на накрав Кузнєцової білизна під дією гарячої праски.

гідроліз
Ще один відомий вам полісахарид – целюлоза – також може гидролизоваться до глюкози при тривалому нагріванні з мінеральними кислотами. Процес йде стуненчато, але коротко. Цей процес лежить в основі багатьох гідролізних виробництв. Вони служать для отримання харчових, кормових і технічних продуктів з нехарчової рослинної сировини – відходів лісозаготівель, деревообробки (тирса, стружка, тріска), переробки сільськогосподарських культур (соломи, лушпиння насіння, качанів кукурудзи і т. Д.).
Технічними продуктами таких виробництв є гліцерин, етиленгліколь. органічні кислоти, кормові дріжджі, етиловий снірт, сорбіт (шестіатомвий спирт).

гідроліз білка
Ви знаєте, що білки-біополімери – основа життя всіх живих організмів (від вірусу до людини) – складаються головним чином з амінокислот (найбільш часто зустрічаються 20). Встановлення послідовності розташування залишків амінокислот, складових молекулу білка, є первинною метою при дослідженні його структури. І встановити її допомагає ступінчастий гідроліз білка, який здійснюють при нагріванні з кислотами або лугами, а також при дії ферментів.
гідроліз
Гідроліз аденозинтрифосфорної кислоти
Незмірно важливу роль в організмі відіграє процес гідролізу аденозинтрифосфорної кислоти (ЛТФ). Ця речовина служить джерелом енергії для всіляких біохімічних реакцій (побудови білка, скорочення м’язів і ін.). При гідролізі ЛТФ до аденозіндіфосфорной кислоти (АДФ) енергія вивільняється.

Зворотний процес утворення ЛТФ з АДФ протекпет з поглинанням енергії. Отже. АТФ це універсальне енергетичне речовина клітини.
Водні розчини солей мають різні значення ph і різні типи середовищ – кислотну (рН <7), лужну (рН> 7), нейтральну (рН – 7). Це пояснюється тим, що солі у водних розчинах можуть піддаватися гідролізу.

гідроліз солей

Сутність гідролізу зводиться до обмінного хімічної взаємодії катіонів або аніонів солі з молекулами води. В результаті цієї взаємодії утворюється малодіссо-ціірующее з’єднання (слабкий електроліт). А у водному розчині солі з’являється надлишок вільних іонів Н або ОН + і розпір солі стає кислотним або лужним відповідно.
Будь-яку сіль можна уявити як продукт взаємодії підстави з кислотою.

Залежно від сили підстави і кислоти можна виділити 4 типи солей (схема 6).

гідроліз
Розглянемо поведінку солей різних типів в розчині

Солі, утворені сильною основою і слабкою кислотою

гідроліз

Цей процес звернемо, хімічне рівновагу зміщений вліво (в сторону утворення вихідних речовин), так як вода – значно більш слабкий електроліт, ніж азотиста кислота.
Скорочена іонне рівняння гідролізу поколює, що:
а) в розчині є вільні гідроксідіони ОН і концентрація їх більше, ніж в чистій воді, тому розчин солі KN02 має лужне середовище (рН> 7);
б) в реакції з водою беруть участь аніони N02-; в такому випадку кажуть, що йде гідроліз за аніоном.
Інші приклади аніонів, які беруть участь в реакції з водою:

гідроліз
Підіб’ємо підсумок того, що ви дізналися про гідролізі за аніоном:
а) у аниону солі, кпк правило, гідроліеуются оборотно;
б) хімічну рівновагу в таких реакціях сильно зміщене вліво;
в) реакція середовища в розчинах подібних солеи лужна (рН> 7);
г) при гідролізі солей, утворених слабкими многоос-основними кислотами, виходять кислі солі.

Солі, утворені сильною кислотою і слабкою основою.

Наприклад, розглянемо гідроліз йодиду амонію NН4I.

гідроліз
Процес звернемо, хімічна рівновага зміщена в бік утворення вихідних речовин, так як вода Н20 значно більш слабкий електроліт, ніж гідроксид амонію.
Рівняння показує, що:
а) в розчині є вільні іони водню Н і їх концентрація більше, ніж в чистій воді, тому розчин солі має кислотну середу (рН <7);
б) в реакції з водою беруть участь катіони амонію; в такому випадку кажуть, що йде гідроліз по катіону.
В реакції з водою можуть брати участь і багатозарядні катіони: двозарядні М2 +, крім катіонів лужноземельних металів, трехраерядние
М3 +.
Розглянемо гідроліз хлориду нікелю NiСl2.

гідроліз

Продукти гідролізу – основна сіль Ni0НСl і соляна кислота НСl.
Серед водних розчину хлориду нікелю кислотна (рН <7), тому що в розчині збільшується концентрація іонів Н +.

Гідроліз солі Ni0НСl протікає в значно меншому ступені, і їм можна знехтувати.
Підіб’ємо ктог того, що ви дізналися про гідролізі по катіону: а) по катіону солі, як праймдо. гілродізутотся оборотно
б) хімічну рівновагу реакцій сіливосвііванво вліво

III. Солі, утворені слабкою основою і слабкою кислотою.
Вам, очевидно, вже ясно, що такі солі піддаються гідролізу по катіону, і по аніону.

гідроліз
Як ви вже помітили, гідроліз більшості солей є оборотним процесом. Однак деякі солі повністю розкладаються водою, т. Е. Їх гідроліз є незворотнім процесом.

висновки:
а) якщо солі гідролізуються і по катіону, і але аніони можна зупинити, то хімічна рівновага в реакціях гідролізу зміщений вправо;
б) реакція середовища при цьому або нейтральна, або слабокислотні, або слаболужна, що залежить від співвідношення констант дисоціації утворюється підстави і кислоти;
в) солі можуть гідролізувати і по катіону, і по аніону необоротно, якщо хоча б один з продуктів гідролізу йде зі сфери реакції.

Солі, утворені сильною основою і сильною кислотою

Солі, утворені сильною основою і сильною кислотою, що не піддаються гідролізу. До цього висновку ви прийшли, очевидно, самі.
Розглянемо «поведінку» в розчині хлориду калію КСl.

гідроліз
Іншими прикладами подібних солей можуть бути нітрати, перхлорати, сульфати, хроміти і дихромати лужних металів, галогіди (крім фторидів), нітрати і перхлорати лужноземельних металів.
Узагальнимо інформацію про гідролізі солей в таблиці 14. Слід також зазначити, що реакції оборотного гідролізу повністю підкоряються принципу Ле Шательє. Тому гідроліз солі можна посилити (і навіть зробити необоротним) наступними способами:
а) додати води (зменшити концентрацію);
б) нагріти розчин, при цьому посилюється ендотермічна дисоціація води, а значить, збільшується кількість іонів Н і ОН, які необхідні для здійснення гідролізу солі;

гідроліз
в) зв’язати один з продуктів гідролізу в трудіорвстворімое з’єднання або видалити один з продуктів в газову фазу; наприклад, гідроліз ціанід амонію буде значно посилюватися за рахунок розкладання гідрату аміаку з утворенням аміаку, і води.
Гідроліз можна придушити (значно зменшити коли чество піддається гідролізу солі).

а) збільшити концентрацію розчиненої речовини
б) охолодити розчин;
а) ввести в розчин один з продуктів гідролізу; наприклад, окисліться розчин, якщо його г | я * дя в результаті гідролізу кислотна, або подщелачивать, якщо – лужна.

значення гідролізу
Гідроліз солей має і практичне, і біологічне значення.

Ще в давнину в якості миючого засобу використовували молу. В золі міститься карбонат калію, який у воді гідролізується за аніоном, водний розчин набуває милкость за рахунок утворюються при гідролізі іонів ОН.

В даний час в побуті ми використовуємо мило, пральні порошки та інші миючі засоби. Основний компонент мила – це натрієві або калієві солі вищих жирних карбонових кислот: стеарати, пальмітат, які гідролізуються.

До складу ж пральних порошків та інших миючих засобів спеціально вводять солі неорганічних кислот (фосфати, карбонати), які підсилюють миючу дію за рахунок підвищення рh середовища.

Солі, що створюють необхідну лужну срелі розчину, містяться в фотографічному проявнику. Це карбонат натрію, карбонат калію, бура та інші солі, гидролизующиеся але аніони.
Якщо кислотність грунту недостатня, у рослин з’являється хвороба – хлороз. Її ознаки – пожовтіння або побіління листя, відставання в рості і розвитку. Якщо рН> 7,5, то в неї вносять добриво сульфат амонію, яке сприяє підвищенню кислотності, завдяки гідролізу по катіону, що проходить в грунті.

Неоціненна біологічна роль гідролізу деяких солей, що входять до складу організму.
гідроліз

Зверніть увагу, що у всіх реакціях гідролізу ступеня окислення хімічних елементів не змінюються. Окислювально-відновні реакції до реакцій гідролізу зазвичай не відносять, хоча при цьому і відбувається взаємодія речовини з водою.
Які чинники здатні впливати на ступінь гідролізу
Як вам уже відомо, з визначення – гідроліз є процесом розкладання за допомогою води. У розчині солі присутні у вигляді іонів і їх рушійною силою, яка провокує таку реакцію, називають освіту малодиссоциирующие частинок. Таке явище властиве багатьом реакцій, що відбуваються в розчинах.

Але не завжди іони, взаємодіючи з водою, створюють малодиссоциирующие частки. Так, як вам уже відомо, що сіль складається з катіона і аніона, то при цьому можливі такі типи гідролізу, як:

• У разі вступу реакції води з катіоном, ми отримуємо гідроліз по катіону;
• Якщо ж відбувається реакція води тільки з аніоном, то отримуємо гідроліз за аніоном;
• При одночасному вступі катіона і аніона в реакцію з водою ми отримуємо спільний гідроліз.
Тому як нам уже відомо, що гідроліз має оборотну реакцію, то на стан його рівноваги впливають деякі чинники, до яких відноситься: температура, концентрація продуктів гідролізу, концентрації учасників реакції, добавки сторонніх речовин. Але, коли газоподібні речовини не беруть участі в реакції, то на тиск ці речовини не впливають, за винятком води, оскільки її концентрація є постійною.

Тепер розглянемо приклади виразів констант гідролізу:
гідроліз
Фактором, який впливає на стан рівноваги гідролізу, може стати температура. Так при підвищенні температури відбувається зміщення рівноваги системи вправо і в такому випадку ступінь гідролізу зростає.

Якщо слідувати принципам Лешательє, то ми бачимо, що при зростанні концентрації іонів водню, відбувається зрушення рівноваги вліво, при цьому зменшитися ступінь гідролізу, а при підвищенні концентрації вплив для реакції ми бачимо на другій формулі.

При концентрації солей ми можемо спостерігати, що рівновага в системі зміщується вправо, однак при цьому ступінь гідролізу, якщо слідувати принципам Лешательє – зменшується. Якщо ми цей процес розглянемо з точки зору константи, то побачимо, що про додаванні фосфат-іонів, рівновагу зміститися вправо і їх концентрація буде зростати. Тобто, для підвищення концентрації гідроксид-іонів вдвічі, необхідно концентрацію фосфат-іонів підвищити в чотири рази, хоча значення константи змінюватися не повинно. З цього випливає висновок, що ставлення
гідроліз зменшиться в 2 рази.

При факторі розведення відбувається одночасне зменшення часток, що знаходяться в розчині, крім води. Якщо слідувати принципу Ле Шательє, то ми бачимо, що відбувається зміщення рівноваги і збільшується число часток. Але така реакція гідролізу відбувається, не враховуючи воду. При цьому розбавлення рівноваги зсувається в бік протікання даної реакції, тобто вправо і природно, що ступінь гідролізу зросте.

На положення рівноваги можуть впливати добавки сторонніх речовин, за умови що вони дають реакцію з одним з учасників реакції. Наприклад, якщо до розчину сульфату міді ми додамо розчин гідроксиду натрію, то в цьому випадку присутні в ньому гідроксид-іони почнуть взаємодіяти з іонами водню. В цьому випадку з принципу Ле Шательє випливає, що в результаті концентрація зменшитися, рівновагу зміститися вправо, а ступінь гідролізу зросте. Ну, а коли до розчину додати сульфід натрію, то рівновага зміститься вліво, через зв’язування іонів міді в практично нерозчинний сульфід міді.

Підіб’ємо підсумок з вивченого матеріалу і прийдемо до висновку, що тема гідролізу не є складною, але необхідно чітко засвоїти, що таке гідроліз, мати загальні уявлення про усунення хімічного рівноваги і запам’ятати алгоритм написання рівнянь.

завдання
1. Виберіть приклади органічних речовин, що піддаються гідролізу:
глюкоза, етанол, Бромметан, формальдегід, сахароза, метиловий ефір мурашиної кислоти, стеаринова кислота, 2-метил бутан.

Складіть рівняння реакцій гідролізу; в разі оборотного гідролізу вкажіть умови, що дозволяють змістити хімічну рівновагу в бік утворення продукту реакції.

2. Кікіе солі піддаються гідролізу? Яку середу можуть мати при цьому водні розчини солей? Наведіть приклади.

3. Які з солей піддаються гідролізу по катіону? Складіть рівняння їх гідролізу, вкажіть середу.

4. Які з солей піддаються гідролізу за аніоном?

5 *. Додавання яких з наведених нижче речовин до розчину хлориду желееа (ІІІ) посилить гідроліз солі: HCI, NaOH, ZnCl2? Поясніть, будь ласка.

6. Підкладіть способи придушення гідролізу водного розчину сульфіду калію.

...
ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Закон збереження маси