Гидролиз

Гидролиз в широком смысле слова — это реакции обменного разложения между различными веществами и водой. Такое определение охватывает как гидролиз неорганических веществ, так и органических — сложных эфиров, жиров, углеводов, белков.

Наиболее подробно изучен гидролиз солей. Любую соль можно представить как продукт взаимодействия кислоты и основания. Например, ацетат натрия CH₃COONa образован слабой кислотой CH₃COOH и сильным основанием NaOH; хлорид аммония NH₄Cl — сильной кислотой HCl и слабым основанием NH₄OH; ацетат аммония CH₃COONH₄ — слабой кислотой CH₃COOH и слабым основанием NH₄OH, а хлорид натрия NaCl — сильной кислотой HCl и сильным основанием NaOH.

Соли, как ионные соединения, в водном растворе полностью диссоциируют на ионы (см. Электролитическая диссоциация). И те ионы, которые с водой образуют слабые электролиты, нарушают равновесие воды с H⁺ и OH⁻ -ионами, т. е. делают раствор щелочным или кислым. Поэтому очень часто гидролиз солей определяют как взаимодействие ионов соли с водой, приводящее к образованию слабого электролита. Но такое определение относится только к солям.

Различают четыре случая взаимодействия солей с водой.

1. Соли, образованные слабой кислотой и сильным основанием, подвергаются гидролизу, и раствор приобретает щелочную реакцию (pH > 7, см. Водородный показатель). Примером может быть взаимодействие CH₃COONa с H₂O. Уравнение гидролиза можно записать так:

CH₃COO⁻ + H₂O ↔ CH₃COOH + OH⁻

Здесь образовался слабый электролит CH₃COOH, в избытке — гидроксид-ионы OH⁻.

2. Соли, образованные сильной кислотой и слабым основанием, также подвергаются гидролизу, и раствор приобретает кислую реакцию (pH < 7). Примером будет NH₄Cl. Уравнение гидролиза:

NH₄⁺ + H₂O ↔ NH₄OH + H⁺

В этом случае образовался гидроксид аммония, обладающий свойствами слабого основания.

3. Наиболее полному гидролизу подвергаются соли, образованные слабой кислотой и слабым основанием, например CH₃COONH₄. Ионы этих солей одновременно связывают H⁺ и OH⁻ -ионы, смещая равновесие диссоциации воды:

CH₃COO⁻ + NH₄⁺ + H₂O ↔ CH₃COOH + NH₄OH

Реакция раствора зависит от степени (константы) диссоциации продуктов гидролиза (см. Электролитическая диссоциация); в данном примере реакция практически нейтральная, так как константы диссоциации почти равны: K_CH3COOH = 1,75•10⁻⁵ и K_NH4OH = 1,76•10⁻⁵.

4. Соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием, гидролизу не подвергаются (pH = 7). Ионы таких солей, например NaCl, не могут образовывать с водой слабых электролитов, и концентрация H⁺ и OH⁻ -ионов в растворе остается такой же, как и у чистой воды.

Помимо солей гидролизу подвергаются некоторые простые вещества, карбиды, галогенангидриды (см. Ангидриды), минералы и другие неорганические вещества.

Гидролиз органических веществ обычно осуществляется в присутствии катализаторов — минеральных кислот, щелочей, ферментов (в организме). Например:

C₅H₁₁Cl + H₂O →^NaOH→ C₅H₁₁OH + HCl

В больших масштабах осуществляется гидролиз древесины. Растущая быстрыми темпами гидролизная промышленность вырабатывает из непищевого сырья (древесины, хлопковой шелухи, подсолнечной лузги, соломы, кукурузной кочерыжки) ряд ценных продуктов: этиловый спирт, белковые дрожжи, глюкозу, твердый оксид углерода (IV), фурфурол, скипидар, метиловый спирт и др.

В живых организмах протекает гидролиз полисахаридов, белков и других органических соединений. Гидролизом обусловлено существование буферных систем, поддерживающих постоянную кислотность среды.