Hydrolyysi on eräänlainen kemiallinen reaktio, joka tapahtuu veden ja toisen yhdisteen välillä. Reaktion aikana kemialliset sidokset katkeavat molemmissa molekyyleissä aiheuttaen niiden hajoamisen. Vesimolekyyli halkeaa muodostaen positiivisesti varautuneita vety- (H+) ja negatiivisesti varautuneita hydroksidi (OH-) -ioneja, ja toinen molekyyli jakautuu kahteen yksinkertaisempaan osaan, myös positiivisilla ja negatiivisilla varauksilla. H+ ja OH-ionit kiinnittyvät kuhunkin näistä osista. Nämä reaktiot tapahtuvat, kun jotkut ioniset yhdisteet, esimerkiksi tietyt hapot, emäkset ja suolat, liukenevat veteen; he osallistuvat elämän kannalta välttämättömiin prosesseihin; niitä käytetään joissakin tärkeissä teollisissa prosesseissa, kuten saippuan valmistuksessa; ja niillä on tärkeä osa kivien säässä.
Ioniset yhdisteet
Ioniyhdisteet voivat olla happoja, emäksiä tai suoloja, jotka ovat yhdisteitä, jotka syntyvät hapon ja emäksen reaktiosta. Ne koostuvat positiivisesti varautuneista kationeista ja negatiivisesti varautuneista anioneista. Kun ne liuotetaan veteen, ne jakautuvat kationeiksi ja anioneiksi. Heikkojen happojen anionit ja heikkojen emästen kationit reagoivat jossain määrin veden kanssa, mikä johtaa hydrolyysiin.
Jos suola on vahvan hapon ja heikon emäksen tuote, emäksen kationi hydrolysoituu veteen. Esimerkiksi ammoniumkloridi (NH4Cl) on heikon emäksen – ammoniakin (NH3) – ja vahvan hapon kloorivetyhapon (HCl) suola. Kun se liuotetaan veteen, se jakautuu kationeiksi ja anioneiksi-NH4+ ja Cl-. Kationi kuitenkin reagoi veden kanssa jossain määrin menettämällä vetyionin:
NH4 + + H2O NH3 + H3O +
Koska tämä reaktio tuottaa hydroniumioneja (H3O+), syntynyt liuos on hapan. Kun suola on vahvan emäksen ja heikon hapon tuote, hapon anionit reagoivat veden kanssa hyväksymällä vety (H+) -ioneja ja jättäen hydroksidi (OH-) -ioneja, jolloin saadaan emäksinen liuos. Vahvan hapon ja vahvan emäksen suola ei hydrolysoidu, koska hapon anioni ja emäksen kationi eivät reagoi veden kanssa.
elämä
Monet elämän kannalta välttämättömät prosessit sisältävät hydrolyysin. Esimerkki on energian vapautuminen molekyylistä adenosiinitrifosfaatti (ATP). Solut käyttävät tätä yhdistettä energian varastointiin, joka voidaan sitten vapauttaa tarvittaessa. Molekyylissä on kolme fosfaatti- (PO4-) ryhmää, mutta se voi menettää yhden näistä ryhmistä reagoidessaan veden kanssa. Tämä reaktio kuluttaa itse asiassa pienen määrän energiaa, mutta paljon enemmän vapautuu vapaan fosfaattiryhmän myöhemmissä reaktioissa.
Hydrolyysillä on myös tärkeä rooli ruoan hajoamisessa helposti imeytyviksi ravintoaineiksi. Suurin osa elintarvikkeiden orgaanisista yhdisteistä ei reagoi helposti veden kanssa, ja yleensä tarvitaan katalyytti näiden prosessien mahdollistamiseksi. Orgaanisia katalyyttejä, jotka auttavat reaktioissa elävissä organismeissa, kutsutaan entsyymeiksi. Elimistössä entsyymit, kuten lipaasit, hiilihydraatit ja proteaasit, katalysoivat reaktioita rasvojen, hiilihydraattien ja proteiinien kanssa veden kanssa.
Yksi esimerkki hydrolyysistä on tärkkelyksen hajoaminen, jota amylaasientsyymi katalysoi. Tärkkelys hajotetaan pienemmiksi molekyyleiksi, jotka koostuvat maltoosista tunnetusta sokerista. Maltoosi voidaan sitten edelleen hajottaa glukoosimolekyyleiksi malttaasientsyymin vaikutuksesta. Kussakin tapauksessa vesi osallistuu prosessiin, jakautuu ja lisää hydroksyyliryhmän ja vetyionin uusiin molekyyleihin, jotka muodostuvat katkenneen sidoksen kummallekin puolelle.
Teollisuus
Monet teolliset menettelyt edellyttävät erilaisten aineiden hydrolysointia hyödyllisten tuotteiden luomiseksi. Usein näiden prosessien raaka -aineet eivät kuitenkaan reagoi helposti vesimolekyylien kanssa, joten reaktioita avustavat erilaiset keinot, kuten korkea paine, korkeat lämpötilat ja katalyytit. Laboratoriohydrolyysi vaatii yleensä katalyytin käyttöä, joka on tyypillisesti vahva happo tai alkali.
Hydrolyysiä on käytetty pitkään saippuan valmistuksessa. Tämän prosessin aikana, jota kutsutaan saippuoimiseksi, rasva hydrolysoituu reaktiossa veden ja vahvan alkalin, natriumhydroksidin kanssa. Reaktio tuottaa rasvahapposuoloja, jotka tunnetaan yleisesti saippualla. Saippuoitumista tapahtuu joskus vanhoissa öljyvärimaalauksissa, kun öljymaalin rasvahapot reagoivat maalipigmenttien metallien kanssa. Tämä voi aiheuttaa valkoisia kerrostumia ja kokkareita maalausten pinnalle, vaikka ei tiedetä, miksi se esiintyy vain joillakin taideteoksilla eikä muilla.
sään
Hydrolyysi on tärkeä prosessi kivien säässä. Erilaiset silikaattimineraalit, kuten maasälpä, hydrolysoituvat hitaasti veden kanssa muodostaen saven ja lietteen sekä liukoiset yhdisteet. Tämä prosessi on tärkeä maaperän muodostumisessa ja tärkeiden mineraalien saattamisessa kasvien saataville.