Химия көп зейін мен тиянақты білімді қажет ететін көптеген нақты ғылымдар сияқты мектеп оқушыларының сүйікті пәні болған емес. Бірақ бекер, өйткені оның көмегімен адамның айналасында және ішінде болып жатқан көптеген процестерді түсінуге болады. Мысалы, гидролиз реакциясын алайық: бір қарағанда, бұл тек химик ғалымдар үшін маңызды болып көрінеді, бірақ іс жүзінде онсыз бірде-бір организм толық жұмыс істей алмайды. Бұл процестің ерекшеліктері, сондай-ақ оның адамзат үшін практикалық маңызы туралы білейік.
Гидролиз реакциясы: бұл не?
Бұл сөз тіркесі су мен онда еріген заттың жаңа қосылыстардың түзілуімен алмасуының ыдырауының ерекше реакциясы. Гидролизді судағы солволиз деп те атауға болады.
Бұл химиялық термин гректің 2 сөзінен алынған: "су" және "ыдырау".
Гидролиз өнімдері
Қарастырылып отырған реакция H2O органикалық және бейорганикалық заттармен әрекеттескенде орын алуы мүмкін. Оның нәтижесі судың немен байланыста болғанына, сондай-ақ соған байланыстыбұл қосымша заттар-катализаторлар, температура мен қысым өзгерді ме.
Мысалы, тұз гидролизі реакциясы қышқылдар мен сілтілердің түзілуіне ықпал етеді. Ал органикалық заттарға келгенде басқа өнімдер алынады. Майлардың судағы ерітіндісі глицерин мен жоғары май қышқылдарының түзілуіне ықпал етеді. Процесс ақуыздармен жүретін болса, нәтижесінде әртүрлі аминқышқылдары түзіледі. Көмірсулар (полисахаридтер) моносахаридтерге ыдырайды.
Адам ағзасында белоктар мен көмірсуларды толық сіңіре алмай, гидролиз реакциясы оларды организм қорыта алатын заттарға дейін «жеңілдетеді». Сондықтан судағы солволиз әрбір биологиялық адамның қалыпты қызметінде маңызды рөл атқарады.
Тұз гидролизі
Гидролиз реакциясының не екенін біліп алғаннан кейін оның бейорганикалық текті заттардағы, атап айтқанда тұздардағы жүруімен танысу керек.
Бұл процестің ерекшеліктері мынада, бұл қосылыстар сумен әрекеттескенде тұз құрамындағы әлсіз электролит иондары одан бөлініп, H2O-мен жаңа заттар түзеді. Ол қышқыл немесе әлсіз негіз немесе екеуі де болуы мүмкін. Осының барлығының нәтижесінде су диссоциациясының тепе-теңдігінің ығысуы орын алады.
Қайтымды және қайтымсыз гидролиз
Жоғарыдағы мысалда соңғы гидролиз теңдеуінде бір емес, екі көрсеткіні көруге болады, екеуі де әртүрлі бағыттарды көрсетеді. Бұл нені білдіреді? Бұл белгі гидролиз реакциясының қайтымды екенін көрсетеді. Іс жүзінде бұлсумен әрекеттесе отырып, алынған зат бір уақытта құрамдас бөліктерге ыдырап қана қоймайды (жаңа қосылыстардың түзілуіне мүмкіндік береді), сонымен қатар қайтадан түзіледі.
Алайда әрбір гидролиз қайтымды бола бермейді, әйтпесе оның мағынасы болмайды, өйткені жаңа заттар тұрақсыз болады.
Бұл реакцияны қайтымсыз ететін бірқатар факторлар бар:
- Температура. Бұл оның көтерілуіне немесе түсуіне, жүріп жатқан реакцияда тепе-теңдік қай бағытта ығысатынына байланысты. Егер ол жоғарыласа, эндотермиялық реакцияға ығысу болады. Керісінше, температура төмендесе, артықшылық экзотермиялық реакция жағында болады.
- Қысым. Бұл иондық гидролизге белсенді әсер ететін тағы бір термодинамикалық шама. Егер ол көтерілсе, химиялық тепе-теңдік реакцияға қарай ығысады, бұл газдардың жалпы мөлшерінің азаюымен бірге жүреді. Егер ол төмендесе, керісінше.
- Реакцияға қатысатын заттардың жоғары немесе төмен концентрациясы, сонымен қатар қосымша катализаторлардың болуы.
Тұзды ерітінділердегі гидролиз реакцияларының түрлері
Анион бойынша (теріс зарядты ион). Әлсіз және күшті негіздердің қышқыл тұздарының судағы солволизі. Мұндай реакция әрекеттесетін заттардың қасиеттеріне байланысты қайтымды
- Катион бойынша (оң зарядты ион). Күшті қышқыл мен әлсіз негіздің тұзының гидролизі. Ол дақайтымды.
- Әлсіз қышқыл мен әлсіз негіздің тұзының реакциясы. Мұндай процесті дерлік қайтымсыз деп санауға болады, өйткені барлық жаңадан түзілген заттар реакция деп аталатын аймақтан шығып, тұнбаға түседі немесе газға айналады.
- Егер негіз де, қышқыл тұзы да күшті болса, мұндай ерітіндіде судың ерітіндісі болмайды.
Гидролиз дәрежесі
Тұздардағы гидролиздің ерекшеліктерін зерттей отырып, оның дәрежесі сияқты құбылысқа назар аударған жөн. Бұл сөз тұздардың (H2O-мен ыдырау реакциясына түскен) ерітіндідегі осы заттың жалпы мөлшеріне қатынасын білдіреді.
Гидролизге қатысатын қышқыл немесе негіз неғұрлым әлсіз болса, оның дәрежесі соғұрлым жоғары болады. Ол 0-100% аралығында өлшенеді және төмендегі формула бойынша анықталады.
N – гидролизден өткен зат молекулаларының саны, ал N0 – олардың ерітіндідегі жалпы саны.
Көп жағдайда тұздардағы судың еріту дәрежесі төмен. Мысалы, 1% натрий ацетаты ерітіндісінде ол тек 0,01% (20 градус температурада) болады.
Органикалық текті заттардағы гидролиз
Зерттелетін процесс органикалық химиялық қосылыстарда да болуы мүмкін.
Іс жүзінде барлық тірі организмдерде гидролиз энергия алмасуының (катаболизм) бөлігі ретінде жүреді. Оның көмегімен белоктар, майлар және көмірсулар оңай сіңетін заттарға ыдырайды. Сонымен қатар, жиі судың өзі сирек кездеседісолволиз процесін бастауға қабілетті болып шықты, сондықтан организмдер катализатор ретінде әртүрлі ферменттерді қолдануға мәжбүр.
Егер зертханада немесе өндірістік ортада жаңа заттарды алуға бағытталған органикалық заттармен химиялық реакция туралы айтатын болсақ, оны тездету және жақсарту үшін ерітіндіге күшті қышқылдар немесе сілтілер қосылады.
Триглицеридтердегі гидролиз (триацилглицеролдар)
Айтуы қиын бұл термин көбіміз май деп білетін май қышқылдарына қатысты.
Олар жануардан да, өсімдіктен де келеді. Алайда судың мұндай заттарды еріте алмайтынын бәрі біледі, майлардың гидролизі қалай жүреді?
Қарастырылып отырған реакция майлардың сабындануы деп аталады. Бұл сілтілі немесе қышқыл ортадағы ферменттердің әсерінен триацилглицеролдардың сулы солволизі. Осыған байланысты сілтілі және қышқылдық гидролиз бөлінеді.
Бірінші жағдайда, реакция нәтижесінде жоғары май қышқылдарының тұздары (барлығына сабын ретінде жақсы белгілі) түзіледі. Сонымен, NaOH-дан қарапайым қатты сабын, ал КОН-дан сұйық сабын алынады. Сонымен, триглицеридтердегі сілтілі гидролиз - жуғыш заттарды қалыптастыру процесі. Айта кету керек, оны өсімдік және жануар текті майларда еркін өткізуге болады.
Қарастырылып отырған реакция сабынның кермек суда жақсы жуылмауының және тұзды суда мүлдем көбіктенбеуінің себебі болып табылады. Мәселе мынада, бұл қиын деп аталадыН2О, құрамында кальций мен магний иондарының артық мөлшері бар. Ал сабын суда бір рет гидролизге ұшырап, натрий иондарына және көмірсутек қалдықтарына ыдырайды. Бұл заттардың суда әрекеттесуі нәтижесінде ақ үлпек тәрізді ерімейтін тұздар түзіледі. Бұған жол бермеу үшін суға ас содасы деп аталатын натрий бикарбонаты NaHCO3 қосылады. Бұл зат ерітіндінің сілтілігін арттырады және сол арқылы сабынның өз функцияларын орындауына көмектеседі. Айтпақшы, мұндай келеңсіздіктерді болдырмау үшін қазіргі заманғы өнеркәсіпте синтетикалық жуғыш заттар басқа заттардан, мысалы, жоғары спирттер мен күкірт қышқылының күрделі эфирлерінің тұздарынан жасалады. Олардың молекулаларында он екіден он төртке дейінгі көміртек атомдары бар, сондықтан олар тұзды немесе кермек суда қасиеттерін жоғалтпайды.
Егер реакция жүретін орта қышқыл болса, бұл процесс триацилглицериндердің қышқылдық гидролизі деп аталады. Бұл жағдайда белгілі бір қышқылдың әсерінен заттар глицерин мен карбон қышқылдарына айналады.
Майлардың гидролизінің тағы бір мүмкіндігі бар – триацилглицериндерді гидрлеу. Бұл процесс этиленнен ацетилен іздерін немесе әртүрлі жүйелердегі оттегі қоспаларын жою сияқты тазалаудың кейбір түрлерінде қолданылады.
Көмірсулардың гидролизі
Қарастырылған заттар адам және жануарлар тағамының ең маңызды құрамдастарының бірі болып табылады. Дегенмен, сахароза, лактоза, мальтоза, крахмал және гликоген таза күйінде денені сіңіре алмайды. Сондықтан, дәл осы жағдайдағыдаймайлар, бұл көмірсулар гидролиз реакциясы арқылы қорытылатын элементтерге ыдырайды.
Сонымен қатар көміртегінің су ерітіндісі өнеркәсіпте белсенді түрде қолданылады. Крахмалдан H2O-мен қарастырылған реакция нәтижесінде барлық дерлік тәттілердің бөлігі болып табылатын глюкоза мен меласса алынады.
Өнеркәсіпте көптеген пайдалы заттар мен өнімдерді өндіру үшін белсенді қолданылатын тағы бір полисахарид - целлюлоза. Одан техникалық глицерин, этиленгликоль, азықтық ашытқы, сорбит және белгілі этил спирті алынады.
Целлюлозаның гидролизі жоғары температурада ұзақ уақыт әсер еткенде және минералды қышқылдардың қатысуымен жүреді. Бұл реакцияның соңғы өнімі, мысалы, крахмалдағыдай, глюкоза. Целлюлозаның гидролизі крахмалға қарағанда қиынырақ екенін есте ұстаған жөн, өйткені бұл полисахарид минералды қышқылдарға төзімді. Бірақ целлюлоза барлық жоғары сатыдағы өсімдіктердің жасуша қабықшаларының негізгі құрамдас бөлігі болғандықтан, оның құрамындағы шикізат крахмалға қарағанда арзанырақ. Сонымен қатар, целлюлоза глюкозасы техникалық қажеттіліктерге көбірек пайдаланылады, ал крахмал гидролизі өнімі тамақтану үшін жақсырақ болып саналады.
Белок гидролизі
Белоктар - барлық тірі организмдердің жасушалары үшін негізгі құрылыс материалы. Олар көптеген аминқышқылдарынан тұрады және дененің қалыпты жұмыс істеуі үшін өте маңызды өнім болып табылады. Дегенмен, жоғары молекулалық салмаққосылыстар, олар нашар сіңірілуі мүмкін. Бұл тапсырманы жеңілдету үшін олар гидролизденеді.
Басқа органикалық заттар сияқты, бұл реакция белоктарды денеге оңай сіңетін төмен молекулалы өнімдерге ыдыратады.
