Хидролиза. Хидролиза на органични съединения Какви вещества в органичната химия претърпяват хидролиза

Хидролиза(от древногръцки ?dshchs - вода и leuyt - разлагане) - един от видовете химични реакции на солволиза, при които, когато веществата взаимодействат с вода, първоначалната молекула се разлага с образуването на нови съединения. На хидролиза се подлагат съединения от различни класове: соли, въглехидрати, протеини, естери, мазнини и др.

Хидролиза на соли Взаимодействието на солевите йони с водата, което води до образуването на слаби електролитни молекули, се нарича солева хидролиза.

Има няколко варианта за хидролиза на соли:

1. Хидролиза на сол на слаба киселина и силна основа:

Na 2 CO 3 + H 2 O = NaHCO 3 + NaOH

CO 3 2? + H 2 O = HCO 3? +О?

• (разтворът е алкален, реакцията протича обратими)
• 2. Хидролиза на сол на силна киселина и слаба основа:

CuCl2 + H2O = CuOHCl + HCl

Cu 2+ + H 2 O = CuOH + + H +

• (разтворът е кисел, реакцията протича обратими)
• 3. Хидролиза на сол на слаба киселина и слаба основа:

Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S

• 2Al 3+ + 3S 2? + 6Н 2 О = 2Al(OH) 3 (утайка) + ZN 2 S (газ)
• (В този случай протича хидролиза почти напълно, тъй като и двата продукта на хидролиза напускат реакционната сфера под формата на утайка или газ).

Солта на силна киселина и силна основа не се подлага на хидролиза и разтворът е неутрален. Вижте също Електролитна дисоциация.

Хидролиза на органични съединения-- разделянето на органично съединение от вода, за да се образуват две или повече вещества. G. обикновено се извършва в присъствието на киселини (киселина G.) или алкали (алкална G.). Връзките на въглеродния атом с други атоми (халогени, кислород, азот и др.) Най-често се подлагат на хидролитично разцепване. По този начин алкалната хидролиза на халогенидите служи като метод за производство (включително промишлено производство) на алкохоли и феноли, например:

Хидролиза на пестицидиЕдин от начините за пречистване на водата от пестициди - естери на фосфорната киселина е хидролитичното разделяне. Възможността за използване на химична хидролиза като метод за пречистване от УОЗ се определя главно от естеството на получените продукти от трансформацията, степента на стабилност и токсичност и техния ефект върху органолептичните свойства на водата. Максимална стабилност на FOP се наблюдава в кисела среда. С увеличаване на рН скоростта на хидролиза се увеличава. Изключенията са диазинон, диазоксон, актелик, които се характеризират с висока стабилност в неутрална среда.

Изследването на кинетиката и продуктите на хидролизата позволи да се установи, че алкалната хидролиза на POP обикновено се извършва с разцепването на връзката фосфор-кислород (P-O(S)), докато по време на киселинната хидролиза преобладаващото разцепване на въглерод-кислород се появява фрагмент (O(S)-R).

За производните на карбаминовата киселина - карбаматите, наличието на естерна връзка предизвиква тяхната хидролиза, чийто продукт е нестабилна карбаминова киселина и хидрокси съединение. Схемата за хидролиза на фенилкарбамати, като се използва примерът на хлорираното производно на изопропил-N-фенилкарбамат (IPC), е дадена по-долу: (страница 37)

Нестабилната 3-хлорофенилкарбаминова киселина, образувана по време на хидролиза, бързо се разлага на 3-хлороанилин и въглероден оксид (IV). Доказано е, че скоростта на хидролитично разцепване на карбамати и природата на получените съединения се определят главно от химичната природа на веществото.

В случай на хидролиза на динитрофенолови естери, кинетиката на реакциите е изследвана подробно на примера на най-често използваните представители на тази серия - акрек и каратан. Тяхната пределно допустима концентрация, определена на санитарен принцип, е 0,5-0,2 mg/dm 3. Доказано е, че в алкална среда хидролизата протича със забележима скорост (период на полуразпад 9-17 дни) и следователно може да се използва като метод, който намалява както времето, така и дозата на реагентите в следващите етапи на пречистване на водата .

Хидролизата на уреята се проявява значително в кисела или алкална среда при нагряване, в резултат на което уреята се разлага до образуване на амоняк и въглероден диоксид. Този процес се препоръчва за пречистване на отпадъчни води от урея.

39. Фотодисоциацията (или фотолизата) е химическа реакция, при която химичните съединения се разлагат под въздействието на фотони на електромагнитно излъчване. Фотолизата е част от фотосинтезата, която се случва в граната на хлоропластите. По време на фотолизата светлината, абсорбирана от хлорофила, се превръща в химическа енергия, която след това се използва за разделяне на водата на водород и кислород. Фотолизата на водата се основава на директното разпадане на водна молекула под въздействието на квантовата петна абсорбирана светлина. Фотолизата на водата освобождава кислород и протони. Кислородът, отделен в резултат на фотолизата на водата, е основният, ако не и единственият фактор за образуването на земната атмосфера и поддържането на кислородния баланс в нея.

Фоточувствителността е феномен на повишаване на чувствителността на тялото (обикновено кожата и лигавиците) към действието на светлинното лъчение. Фотосенсибилизаторите предизвикват два вида реакции - фототоксични реакции и фотоалергии. Фотоалергията възниква, когато ултравиолетовите лъчи химически променят вещество върху кожата, така че да предизвикат алергия.

40. Повърхностноактивните вещества (повърхностно активните вещества) са химични съединения, които, концентрирайки се върху границата на фазата, причиняват намаляване на повърхностното напрежение. Основната количествена характеристика на повърхностно активното вещество е повърхностната активност - способността на веществото да намалява повърхностното напрежение на границата - това е производната на повърхностното напрежение по отношение на концентрацията на повърхностноактивното вещество, когато С клони към нула. Например в океана промяната в повърхностното напрежение води до намаляване на степента на задържане на CO2 и кислород във водната маса.

ПЕНЯНЕ НА ВОДА - образуване на пяна в парен котел на повърхността на водата. Феноменът на V. век. се причинява от наличието на изключително фини органични вещества във водата с едновременното присъствие на разтворими соли (алкали, натриев сулфат).

Алкилбензенсулфонатът е синтетично анионно повърхностно активно вещество, което е смес от натриеви соли на алкилбензенсулфонови киселини с C10-C14 алкилови заместители, екологични и биоразградими. Основата на синтетични детергенти, пенообразуващи състави, омокрящи агенти.

41. Водните екосистеми, почвата и растителността са предимно отрицателно засегнати. Естествените повърхностни води имат буферни способности срещу външни водородни и хидроксилни йони, т.е. способността да поддържат постоянна стойност на pH близо до неутралната точка; извън обхвата на стойностите на рН = 4-13, буферният капацитет е напълно загубен. Дори малка концентрация на алуминиеви йони (0,2 mg/l) е фатална за рибите. В същото време фосфатите, които осигуряват развитието на фитопланктона и друга водна растителност, се свързват с алуминия и стават недостъпни за тези организми.

Повишаването на киселинността води до появата във водата на силно токсични йони на тежки метали - кадмий, олово и други, които преди са били част от неразтворими във вода съединения и не представляват заплаха за живите организми.

Дефицитът на хранителни вещества и водната интоксикация водят до своеобразна „стерилизация“ на водните тела. Подкиселената и токсична вода разрушава рибните скелети и черупките на черупчестите и най-важното, намалява репродуктивните процеси. От своя страна това води до намаляване на популациите на сухоземни животни и птици, свързани с водната биота чрез трофични вериги (хранителни вериги).

„Мъртвата вода” увеличава недостига на прясна вода поради нарастващия мащаб на стопанската и битовата употреба и нейното замърсяване.

• 42. Азотът и фосфорът като биогенни елементи постоянно присъстват във водните тела под формата на различни съединения, образувани при разграждането на органичните вещества. Прекомерното натрупване на азот, фосфор и други хранителни вещества във водните тела води до интензивно развитие на фитопланктон (цъфтеж на водата), нарушаване на газовия режим и отлагане на дънни утайки. Освен това при разлагането на органични вещества се образуват токсични продукти: трупни отрови, амоняк, нитрити и нитрати, хидразин, хидроксиламин, сероводород, пероксидни съединения, алдехиди и кетони. Следователно смъртта на риба в такива резервоари, като правило, възниква от комплекс от фактори: нарушаване на газовия режим на резервоарите и отравяне с посочените токсични вещества.
• 43. Гранулометричен състав (механичен състав, структура на почвата) - относителното съдържание на частици с различни размери в почвата, скалата или изкуствената смес, независимо от техния химичен или минералогичен състав. Гранулометричният състав е важен физичен параметър, от който зависят много аспекти на съществуването и функционирането на почвата, включително плодородието.

Порьозността на почвата трябва да се разбира като общия обем на порите за единица обем почва, изразен като процент. Размерът на порите и порьозността на почвата зависят от нейния механичен състав. Колкото по-голям е размерът на отделните механични елементи на почвата, т.е. нейната грануларност, толкова по-голям е размерът на порите в хомогенната почва. Размерът на естествените почвени пори, наличието на естествени или изкуствени пукнатини и канали в нея оказват значително влияние върху взаимодействието на почвата с въздуха и водата, както и върху филтрационния капацитет на почвата. Това определя тяхното хигиенно значение.

Хигроскопичност (от старогръцки ?гст - мокър и укпрЕщ - наблюдавам) е свойството на някои вещества да абсорбират водните пари от въздуха. Газообразната вода, задържана от почвата поради нейната хидролиза, се нарича хигроскопична. Винаги се съдържа в почвата (около 10-12%), независимо колко суха е тя, но не може да служи за задоволяване на нуждите на растенията от вода.

Киселинността на почвата е способността на почвата да проявява свойствата на киселините. Действителната киселинност е рН на почвения разтвор (на практика рН на водния екстракт се измерва при съотношение почва:вода 1:2,5 за минерални почви и 1:25 за торфени почви). Повишената киселинност на почвата се отразява негативно върху растежа на повечето култивирани растения, като намалява наличността на редица макро- и микроелементи и обратно, повишава разтворимостта на токсичните съединения на манган, алуминий, желязо, бор и др., както и влошава физически свойства. За намаляване на киселинността се използва варуване.

• 44. Тежките метали се намират както в отпадъчните води, така и в изгорелите газове и поради тяхната токсичност и широко разпространеност представляват особена опасност за околната среда. Обикновено тежките метали се утаяват и изолират от отпадъчните води чрез неутрализация с натриева луга или вар под формата на слабо разтворими хидроксиди.
• 45. Пестицидите са сборно наименование на химически и биологични агенти, използвани за борба с вредни организми. Пестицидите включват следните групи от такива вещества: хербициди, които унищожават плевели, инсектициди, които унищожават насекоми вредители, фунгициди, които унищожават патогенни гъби, зооциди, които унищожават вредни топлокръвни животни и др.

ХАЛОГЕН ПРОИЗВОДНИ НА ВЪГЛЕВОДОРОДИТЕ (халогеносъдържащи въглеводороди) са въглеводороди, в молекулите на които един или повече водородни атоми са заместени с халогенни атоми. Суровини в промишления органичен синтез, разтворители, фреони.

В почвата водородният пероксид бързо се разлага поради наличието на катализатор. В този случай полученият кислород предимно се изпарява, без да реагира с токсични вещества, което усложнява процеса на неутрализация. Целта на изобретението е да се увеличи пълнотата на неутрализацията и да се опрости методът за неутрализиране на почвата и почвата от трудно окисляеми токсични вещества.

46. ​​​​Радионуклидите от почвата навлизат във водата, въздуха и също така се включват в циклите на биологична миграция, като по този начин създават множество пътища за външно и вътрешно облъчване на населението. Мащабът на тези процеси се влияе от редица фактори, главно определящи скоростта на вертикалната миграция. Сред тях трябва да се посочат: видът на почвата, нейният минерален и органичен състав, ландшафтни и геохимични характеристики на района, физикохимичното състояние на отложените радионуклиди и редица други.

Стронций се натрупва в зелени растения, по-специално в зърнени култури (зърнени култури), и навлиза в човешкото тяло чрез печени продукти. Чрез сеното (фуража) попада в тъканите на животните (кравите).

Подобно на радиоактивния стронций, цезий-137 се характеризира с висока подвижност във външната среда, особено в първия момент след отлагането му, както и чрез хранителни вериги, които са подобни на миграцията на стронций-90. Друга възможна хранителна верига за миграция на радионуклиди: източник на замърсяване - лечебни растения - лечебни растителни суровини - лекарствен продукт - хора.

Адсорбцията е абсорбцията на газове, пари и течности от повърхностния слой на твърдо вещество (адсорбент) или течност.

Хидролизата на естерите протича обратимо в кисела среда (в присъствието на неорганична киселина) за образуване на съответния алкохол и карбоксилна киселина.

За да се измести химичното равновесие към реакционните продукти, хидролизата се извършва в присъствието на алкали.

В исторически план първият пример за такава реакция е алкалното разцепване на естери на висши мастни киселини за получаване на сапун. Това се случи през 1811 г., когато френският учен Е. Шеврол. Чрез нагряване на мазнини с вода в алкална среда той получава глицерин и сапуни - соли на висшите карбоксилни киселини. Въз основа на този експеримент се установява, че съставът на мазнините е естери, но само "тройни естери", производни на триатомния алкохол - триглицериди. И процесът на хидролиза на естери в алкална среда все още се нарича "осапуняване".

Например осапуняване на естер, образуван от глицерин, палмитинова и стеаринова киселина:

Натриевите соли на висшите карбоксилни киселини са основните компоненти на твърдия сапун, калиевите соли са основните компоненти на течния сапун.

Френският химик M. Berthelot през 1854 г. провежда реакцията на естерификация и за първи път синтезира мазнини. Следователно хидролизата на мазнините (както и на други естери) е обратима. Уравнението на реакцията може да бъде опростено, както следва:

Ензимната хидролиза на мазнини се среща в живите организми. В червата, под въздействието на ензима липаза, хранителните мазнини се хидратират до глицерол и органични киселини, които се абсорбират от стените на червата и в тялото се синтезират нови мазнини, характерни за дадения организъм. Те преминават през лимфната система в кръвта и след това в мастната тъкан. Оттук мазнините навлизат в други органи и тъкани на тялото, където в процеса на метаболизъм в клетките отново се хидролизират и след това постепенно се окисляват до въглероден оксид и вода, освобождавайки необходимата за живота енергия.

В технологията хидролизата на мазнини се използва за получаване на глицерин, висши карбоксилни киселини и сапун.

Хидролиза на въглехидрати

Докато зяпвате, въглехидратите са най-важните компоненти на нашата храна. Освен това ди- (захароза, лактоза, малтоза) и полизахаридите (нишесте, гликогени) не се усвояват директно от тялото. Те, подобно на мазнините, първо се подлагат на хидролиза. Хидролизата на нишестето протича на етапи.

В лабораторни и индустриални условия киселината се използва като катализатор за тези процеси. Реакциите се провеждат чрез нагряване.
Реакцията на хидролиза на нишесте до глюкоза под каталитично действие на сярна киселина е извършена през 1811 г. от руския учен К. С. Кирхоф.
В организма на човека и животните хидролизата на въглехидратите протича под действието на ензими (схема 4).

Индустриалната хидролиза на нишесте произвежда глюкоза и меласа (смес от декстрини, малтоза и глюкоза). Меласата се използва в сладкарството.
Декстрините, като продукт на частична хидролиза на нишесте, имат адхезивен ефект: те са свързани с появата на коричка върху хляб и пържени картофи, както и с образуването на плътен филм върху бельо, покрито с мален под въздействието на гореща ютия.

Друг полизахарид, който познавате - целулозата - също може да се хидролизира до глюкоза при продължително нагряване с минерални киселини. Процесът протича стъпка по стъпка, но за кратко. Този процес е в основата на много индустрии за хидролиза. Използват се за получаване на хранителни, фуражни и технически продукти от нехранителни растителни суровини - отпадъци от дърводобив, дървообработване (стърготини, стърготини, стърготини), преработка на селскостопански култури (слама, люспи, царевични кочани и др.) .

Техническите продукти на такива индустрии са глицерин и етилен гликол. органични киселини, фуражни дрожди, етилов алкохол, сорбитол (шест-атомен алкохол).

Протеинова хидролиза

Хидролизата може да бъде потисната (чрез значително намаляване на количеството сол, подложено на хидролиза).

а) увеличаване на концентрацията на разтвореното вещество
б) охладете разтвора;
а) въведете един от продуктите на хидролизата в разтвора; например подкиселете разтвора, ако е кисел в резултат на хидролиза, или го алкализирайте, ако е алкален.

Значение на хидролизата

Хидролизата на солите има както практическо, така и биологично значение.

Дори в древни времена молата е била използвана като перилен препарат. Пепелта съдържа калиев карбонат, който се хидролизира в анион във вода; водният разтвор става сапунен поради образуваните по време на хидролизата ОН йони.

В момента в ежедневието използваме сапун, прахове за пране и други перилни препарати. Основният компонент на сапуна са натриеви или калиеви соли на висши мастни карбоксилни киселини: стеарати, палмити, които се хидролизират.

Соли на неорганични киселини (фосфати, карбонати) се добавят специално към състава на прахове за пране и други детергенти, които засилват почистващия ефект чрез повишаване на рН на околната среда.

Във фотографския проявител се съдържат соли, които създават необходимия алкален разтвор. Това са натриев карбонат, калиев карбонат, боракс и други соли, които се хидролизират от аниона.

Ако киселинността на почвата е недостатъчна, растенията развиват заболяване - хлороза. Неговите признаци са пожълтяване или побеляване на листата, забавен растеж и развитие. Ако рН е > 7,5, тогава към него се добавя тор с амониев сулфат, който спомага за повишаване на киселинността поради хидролизата на катиона, който се среща в почвата.

Биологичната роля на хидролизата на някои соли, които изграждат тялото, е безценна.

Моля, обърнете внимание, че при всички реакции на хидролиза степента на окисление на химичните елементи не се променя. Редокс реакциите обикновено не се класифицират като реакции на хидролиза, въпреки че веществото взаимодейства с вода.

Какви фактори могат да повлияят на степента на хидролиза

Както вече знаете, от дефиницията хидролизата е процес на разлагане с помощта на вода. В разтвора солите присъстват под формата на йони и тяхната движеща сила, която провокира такава реакция, се нарича образуване на ниско дисоцииращи частици. Това явление е характерно за много реакции, протичащи в разтвори.

Но йоните, когато взаимодействат с водата, не винаги създават леко дисоцииращи частици. И така, както вече знаете, че солта се състои от катион и анион, възможни са следните видове хидролиза:

Ако водата реагира с катион, получаваме хидролиза на катиона;
Ако водата реагира само с анион, тогава получаваме хидролиза при аниона;
Когато катион и анион реагират едновременно с вода, получаваме съвместна хидролиза.

Тъй като вече знаем, че хидролизата има обратима реакция, състоянието на нейното равновесие се влияе от няколко фактора, които включват: температура, концентрация на продуктите на хидролизата, концентрации на участниците в реакцията, добавки на чужди вещества. Но когато газообразни вещества не участват в реакцията, тогава тези вещества не влияят на налягането, с изключение на водата, тъй като нейната концентрация е постоянна.

Сега нека да разгледаме примери за изрази за хидролизни константи:

Температурата може да бъде фактор, който влияе на равновесното състояние на хидролизата. Така с повишаване на температурата равновесието на системата се измества надясно и в този случай степента на хидролиза се увеличава.

Ако следваме принципите на Льо Шателие, виждаме, че с увеличаване на концентрацията на водородните йони равновесието се измества наляво, докато степента на хидролиза намалява, а с увеличаване на концентрацията виждаме ефекта върху реакцията във втората формула.

С концентрацията на соли можем да наблюдаваме, че равновесието в системата се измества надясно, но степента на хидролиза, ако следваме принципите на Le Chatelier, намалява. Ако разгледаме този процес от гледна точка на константа, ще видим, че с добавянето на фосфатни йони равновесието ще се измести надясно и тяхната концентрация ще се увеличи. Тоест, за да се удвои концентрацията на хидроксидните йони, е необходимо да се увеличи концентрацията на фосфатните йони четири пъти, въпреки че стойността на константата не трябва да се променя. От това следва, че връзката
ще намалее 2 пъти.

С фактора на разреждане има едновременно намаляване на частиците, които са в разтвора, с изключение на водата. Ако следваме принципа на Льо Шателие, виждаме, че равновесието се измества и броят на частиците се увеличава. Но тази реакция на хидролиза протича без да се взема предвид водата. В този случай разреждането на равновесието се измества към хода на тази реакция, тоест надясно и е естествено степента на хидролиза да се увеличи.

Равновесното положение може да бъде повлияно от добавки на чужди вещества, при условие че те реагират с един от участниците в реакцията. Например, ако добавим разтвор на натриев хидроксид към разтвор на меден сулфат, тогава присъстващите в него хидроксидни йони ще започнат да взаимодействат с водородни йони. В този случай от принципа на Le Chatelier следва, че в крайна сметка концентрацията ще намалее, равновесието ще се измести надясно и степента на хидролиза ще се увеличи. Е, когато към разтвора се добави натриев сулфид, равновесието ще се измести наляво, поради свързването на медни йони в практически неразтворим меден сулфид.

Нека обобщим изучения материал и стигнем до извода, че темата за хидролизата не е сложна, но е необходимо ясно да разберем какво е хидролиза, да имаме общо разбиране за изместването на химическото равновесие и да запомним алгоритъма за писане на уравнения.

Задачи

1. Изберете примери за органични вещества, които се подлагат на хидролиза:
глюкоза, етанол, бромометан, метанал, захароза, метил мравчена киселина, стеаринова киселина, 2-метил бутан.

Напишете уравнения за реакции на хидролиза; в случай на обратима хидролиза, посочете условията, които позволяват на химичното равновесие да се измести към образуването на реакционния продукт.

2. Кои соли се подлагат на хидролиза? Каква среда могат да имат водните разтвори на соли? Дай примери.

3. Кои соли претърпяват катионна хидролиза? Напишете уравнения за тяхната хидролиза и посочете средата.

Знаете, че според теорията за електролитната дисоциация във воден разтвор частиците на разтвореното вещество взаимодействат с водните молекули. Такова взаимодействие може да доведе до реакция на хидролиза (от гръцки hydro - вода, lysis - разлагане, гниене).

На хидролиза се подлагат различни вещества: неорганични - соли, метални карбиди и хидриди, неметални халогениди; органични - халоалкани, естери и мазнини, въглехидрати, протеини, полинуклеотиди.

Реакциите на хидролиза могат да протичат обратимо и необратимо. Нека да разгледаме различните случаи на този процес и неговото значение.

Хидролиза на органични вещества

1. Хидролизата на халоалкани се използва за получаване на алкохоли.

Наличието на алкали (OH -) ви позволява да „свържете“ получената киселина и да изместите равновесието към образуването на алкохол.

2. Хидролизата на естерите се извършва обратимо в кисела среда (в присъствието на неорганична киселина) с образуването на съответния алкохол и карбоксилна киселина:

За да се измести химичното равновесие към реакционните продукти, хидролизата се извършва в присъствието на алкали.

В исторически план първият пример за такава реакция е алкалното разцепване на естери на висши мастни киселини за получаване на сапун. Това се случва през 1811 г., когато френският учен Е. Шеврел чрез нагряване на мазнини с вода в алкална среда получава глицерин и сапуни - соли на висшите карбоксилни киселини. Въз основа на този експеримент е установен съставът на мазнините, които се оказват естери, но само "тройни комплекси", производни на тривалентния алкохол глицерин - триглицериди. И процесът на хидролиза на естери в алкална среда все още се нарича осапунване.

Например осапуняване на естер, образуван от глицерин, палмитинова и стеаринова киселина:

Натриевите соли на висшите карбоксилни киселини са основните компоненти на твърдия сапун, калиевите соли са основните компоненти на течния сапун.

Френският химик M. Berthelot през 1854 г. провежда реакцията на естерификация и за първи път синтезира мазнини. Следователно хидролизата на мазнините (както и на други естери) е обратима. Уравнението на реакцията може да бъде опростено, както следва:

Ензимната хидролиза на мазнини се среща в живите организми. В червата, под въздействието на ензима липаза, хранителните мазнини се хидролизират до глицерол и органични киселини, които се абсорбират от чревните стени и в тялото се синтезират нови, характерни мазнини. Те преминават през лимфната система в кръвта и след това в мастната тъкан. Оттук мазнините навлизат в други органи и тъкани на тялото, където в процеса на метаболизъм в клетките отново се хидролизират и след това постепенно се окисляват до въглероден оксид (IV) и вода, освобождавайки необходимата за живота енергия.

В технологията хидролизата на мазнини се използва за получаване на глицерин, висши карбоксилни киселини и сапун.

3. Както знаете, въглехидратите са най-важните компоненти на нашата храна. Освен това дизахаридите (захароза, лактоза, малтоза) и полизахаридите (нишесте, гликоген) не се усвояват директно от тялото. Те, подобно на мазнините, първо се подлагат на хидролиза.

Хидролизата на дизахариди, като захароза, може да бъде представена със следното уравнение:

Хидролизата на нишестето протича на етапи, тя може да бъде схематично изобразена по следния начин:

Схема 4
Превръщането на въглехидратите в живите организми

или по-накратко:

В лабораторни и индустриални условия киселината се използва като катализатор за тези процеси. Реакциите се провеждат чрез нагряване.

Реакцията на хидролиза на нишесте до глюкоза под каталитично действие на сярна киселина е извършена през 1811 г. от руския учен К. С. Кирхоф.

В организма на човека и животните хидролизата на въглехидратите протича под действието на ензими (схема 4).

Индустриалната хидролиза на нишесте произвежда глюкоза и меласа (смес от декстрини, малтоза и глюкоза). Меласата се използва в сладкарството.

Декстрините, като продукт на частична хидролиза на нишесте, имат адхезивен ефект: те са свързани с появата на кора върху хляб и пържени картофи, както и образуването на плътен филм върху колосано бельо под въздействието на гореща ютия .

Друг полизахарид, който познавате - целулозата - също може да се хидролизира до глюкоза при продължително нагряване с минерални киселини. Процесът върви стъпка по стъпка, но накратко може да се напише по следния начин:

Този процес е в основата на много индустрии за хидролиза. Използват се за получаване на хранителни, фуражни и технически продукти от нехранителни растителни суровини - отпадъци от дърводобив, дървообработване (стърготини, стърготини, стърготини), преработка на селскостопански култури (слама, люспи, царевични кочани и др.) .

Техническите продукти на такива индустрии са глицерин, етиленгликол, органични киселини, фуражни дрожди, етилов алкохол и сорбитол (сексахидричен алкохол).

4. Знаете, че биополимерните протеини - основата на живота на всички живи организми (от вируси до хора) - се състоят главно от α-аминокиселини. Установяването на последователността на аминокиселинните остатъци, които изграждат протеиновата молекула, е първоначалната цел при изучаване на нейната структура. И поетапната протеинова хидролиза, която се извършва чрез нагряване с киселини или основи, както и чрез действието на ензими, помага да се установи.

Тъй като всички протеини са полипептиди, пълната хидролиза на, например, трипептид може да бъде представена по следния начин:

Можете също така да си представите обратния процес - процесът на образуване на трипептид от аминокиселини:

Процесът на образуване на полипептид се отнася до реакциите на поликондензация. Подобни реакции на хидролиза и поликондензация протичат в организма (схема 5).

Схема 5
Превръщане на протеини в живи организми

Известна е голяма група ензими (хидролази), които катализират силно селективната хидролиза на молекули на природни съединения. Повечето методи за изследване на структурата на биополимерите се основават на такива процеси.

5. Процесът на хидролиза на аденозинтрифосфорната киселина (АТФ) играе неизмеримо важна роля в организма. Това вещество служи като източник на енергия за всички видове биохимични реакции (изграждане на протеин, мускулна контракция и др.). Когато АТФ се хидролизира до аденозин дифосфорна киселина (ADP), се освобождава енергия:

Обратният процес - образуването на АТФ от АДФ - протича с усвояването на енергия. Следователно АТФ е универсална енергийна субстанция на клетката, един вид енергийна „консерва“, която клетката използва при необходимост.

Хидролиза (от старогръцки δωρ вода и λύσις разлагане) старогръцки. един от видовете химични реакции, при които, когато веществата взаимодействат с вода, настъпва разлагане на първоначалното вещество с образуването на нови съединения Механизмът на хидролиза на съединения от различни класове: соли, въглехидрати, протеини, естери, мазнини и др. .има значителни разлики въглехидрати протеини естери мазнини

Хидролиза на органични вещества Живите организми хидролизират различни органични вещества по време на реакции с участието на ензими. ензими Например, по време на хидролиза с участието на храносмилателни ензими, протеините се разграждат на аминокиселини, мазнините на глицерол и мастни киселини, полизахаридите (например нишесте и целулоза) на монозахариди (например глюкоза), нуклеиновите киселини на свободни нуклеотиди протеини аминокиселини мазнини глицерин мастни киселини полизахариди нишесте целулоза монозахариди глюкоза нуклеинови киселини киселини и нуклеотиди При хидролизиране на мазнини в присъствието на основи се получава сапун; хидролизата на мазнини в присъствието на катализатори се използва за получаване на глицерол и мастни киселини. Етанолът се произвежда чрез хидролиза на дървесина, а продуктите от хидролиза на торф се използват при производството на фуражни дрожди, восък, торове и други мазнини, основи, сапуни, катализатори, глицерол, мастни киселини, етанол, хидролиза на торф, дрожди, восъци, торове .

1. При хидролизата на мазнините 1) се образуват алкохоли и минерални киселини 2) алдехиди и карбоксилни киселини 3) едновалентни алкохоли и карбоксилни киселини 4) глицерол и карбоксилни киселини ОТГОВОР НА ТЕСТА: 4 2. Хидролизата се подлага на: 1) Ацетилен 2 ) Целулоза 3) Етанол 4 ) Метан ОТГОВОР: 2 3. Хидролизата е обект на: 1) Глюкоза 2) Глицерол 3) Мазнина 4) Оцетна киселина ОТГОВОР: 3

2. Обратима и необратима хидролиза Почти всички разглеждани реакции на хидролиза на органични вещества са обратими. Но има и необратима хидролиза. Общо свойство на необратимата хидролиза е, че един (за предпочитане и двата) от продуктите на хидролизата трябва да бъдат отстранени от реакционната сфера под формата на: - СЕДИМЕНТ, - ГАЗ. CaC + 2HO = Ca(OH) + CH По време на хидролизата на соли: Al C + 12 HO = 4 Al(OH) + 3CH AlS + 6 HO = 2 Al(OH) + 3 HS CaH + 2 HO = 2Ca(OH) ) + H

Хидролизата на соли е вид реакция на хидролиза, причинена от протичането на йонообменни реакции в разтвори на (водни) разтворими електролитни соли. Движещата сила на процеса е взаимодействието на йони с вода, което води до образуването на слаб електролит в йонна или молекулярна форма („свързване на йони“). електролитни йони Прави се разлика между обратима и необратима хидролиза на соли. ХИДРОЛИЗА НА СОЛИ 1. Хидролиза на сол на слаба киселина и силна основа (анионна хидролиза). 2. Хидролиза на сол на силна киселина и слаба основа (катионна хидролиза). 3. Хидролиза на сол на слаба киселина и слаба основа (необратима) Сол на силна киселина и силна основа не се подлага на хидролиза

1. Хидролиза на сол на слаба киселина и силна основа (хидролиза от анион): (разтворът има алкална среда, реакцията протича обратимо, обратимата хидролиза във втория етап се проявява в незначителна степен) 2. Хидролиза на сол на силна киселина и слаба основа (хидролиза от катион): (разтворът има кисела среда, реакцията е обратима, хидролизата във втория етап се извършва в незначителна степен)

3. Хидролиза на сол на слаба киселина и слаба основа: (равновесието се измества към продуктите, хидролизата протича почти напълно, тъй като и двата реакционни продукта напускат реакционната зона под формата на утайка или газ). Солта на силна киселина и силна основа не се подлага на хидролиза и разтворът е неутрален.

СХЕМА ЗА ХИДРОЛИЗА НА НАТРИЕВ КАРБОНАТ Na CO NaOH HCO силна основа слаба киселина > [H] АЛКАЛНА СОЛ КИСЕЛИНА, хидролиза от АНИОН [H] АЛКАЛНА СРЕДА, КИСЕЛА СОЛ, хидролиза от АНИОН"> [H] АЛКАЛНА СРЕДА, КИСЕЛА СОЛ, хидролиза от АНИОН"> [H] АЛКАЛНА СРЕДА, КИСЕЛА СОЛ, хидролиза от АНИОН" title=" СХЕМА НА ХИДРОЛИЗА НА НАТРИЕВ КАРБОНАТ Na CO NaOH HCO силна основа слаба киселина > [H] АЛКАЛНА СОЛ КИСЕЛИНА, хидролиза от АНИОН"> title="СХЕМА ЗА ХИДРОЛИЗА НА НАТРИЕВ КАРБОНАТ Na CO NaOH HCO силна основа слаба киселина > [H] АЛКАЛНА СОЛ КИСЕЛИНА, хидролиза от АНИОН"> !}

СХЕМА ЗА ХИДРОЛИЗА НА МЕДЕН (II) ХЛОРИД CuCl Cu(OH) HCl слаба основа силна киселина

Напишете уравненията на хидролизата: A) K S B) FeCl C) (NH)S D) BaI K S: KOH - силна основа HS - слаба киселина ХИДРОЛИЗА ЧРЕЗ АНИОН СОЛ КИСЕЛИНА СРЕДНА АЛКАЛНА K S + H O KHS + KOH 2K + S² + H O K + HS + K + OH S² + H O HS + OH FeCl: Fe(OH) - слаба основа HCL - силна киселина ХИДРОЛИЗА ЧРЕЗ КАТИОННА СОЛ ОСНОВНА СРЕДНА КИСЕЛИНА FeCl + HO (FeOH)Cl + HCl Fe² + 2Cl + HO (FeOH) + Cl + H + Cl Fe² + HO (FeOH) + H

9. 1) калиев карбонат 2) етан 3) цинков хлорид 4) мазнините не подлежат на хидролиза 10. По време на хидролизата на фибри (нишесте) могат да се образуват: 1) глюкоза 2) само захароза 3) само фруктоза 4 ) въглероден диоксид и вода 11. Среден разтвор в резултат на хидролиза на натриев карбонат 1) алкален 2) силно кисел 3) кисел 4) неутрален 12. Хидролизата се подлага на 1) CH 3 COOK 2) KCI 3) CaCO 3 4) Na 2 SO 4 ОТГОВОР: 9 - 2; ; ;

Въз основа на универсалната концепция за „хидролиза“ покажете единството на света на органичните и неорганичните вещества, като използвате интеграционния потенциал на тази концепция, разкрийте вътрешните и междудисциплинарните връзки на химията, дайте ясна представа за практическото значение на. процеси на хидролиза в живата и неживата природа и в живота на обществото. Запознават учениците със същността на хидролизата на солите и научават как да съставят уравнения за хидролизата на различни соли.

Оборудване и реактиви:Разтвори на HCI, HNO 3, NaOH, Na 2 CO 3, AICI 3, KNO 3, FeCI 3; парче CaC 2; епруветки, стелажи, индикаторни разтвори и комплекти универсална индикаторна хартия.

Форма на урока.Лекция.

По време на часовете

Хидролизата е реакция на метаболитно разлагане на вещества с вода.

На хидролиза подлежат:органични и неорганични вещества.

Реакциите на хидролиза могат да бъдат:обратими и необратими.

1. Хидролиза на органични вещества :

А) хидролиза на халоалкани: В 2 H 5 CI + H 2 O -> C 2 H 5 OH + HCI
Б) хидролиза на естери: СН 3 COOC 2 H 5 + H 2 O -> CH 3 COOH + C 2 H 5 OH
Б) хидролиза на мазнини:

Г) хидролиза на дизахариди: В 12 H 22 O 11 + H 2 O -> C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6
D) протеинова хидролиза:

H 2 N – CH 2 – CO – NH – CH 2 – CO – NH – CH 2 – COOH + H 2 O-> 3H 2 N – CH 2 COOH

E) хидролиза на полизахариди: (C 6 H 10 O 5 ) n + H 2 O -> n C 6 H 12 O 6

2. Хидролиза на бинарни неорганични вещества :

А) хидролиза на карбиди: CaC 2 + 2H 2 O -> Ca(OH) 2 + C 2 H 2
Б) хидролиза на халогениди: SiCI 4 + 3 H 2 O -> H 2 SiO 4 + 4 HCI
Б) хидролиза на хидриди: NaH + H 2 O -> NaOH + H 2
D) хидролиза на фосфиди: Mq 3 P 2 + 6H 2 O ->3 Mq(OH) 2 + 2PH 3
Г) хидролиза на сулфиди: AI 2 S 3 + 6H 2 O -> 2AI(OH) 3 + 3 H 2 S.

Когато някои соли се разтварят във вода, не само тяхната дисоциация на йони и хидратация на йони става спонтанно, но ипроцес на хидролиза на соли.

Хидролиза на соли е протолитичен процес на взаимодействие на солни йони с водни молекули, в резултат на което се образуват молекули или йони с ниска дисоциация.

От гледна точка на протолитичната теория хидролизата на солни йони се състои в прехвърляне на протон от водна молекула към солеви анион или солев катион (като се вземе предвид неговата хидратация) към водна молекула. По този начин, в зависимост от естеството на йона, водата действа или като киселина, или като основа, а йоните на солта са, съответно, спрегната основа или спрегната киселина (във воден разтвор на сол излишъкът на свободен Н+ или OH – и солевият разтвор става кисел или алкален.

Има три възможни варианта за хидролиза на солни йони:

• хидролиза чрез анион - сол, съдържаща силен основен катион и слаб киселинен анион;
• хидролиза чрез катион - соли, съдържащи катион на слаба основа и анион на силна киселина;
• хидролиза както на катиона, така и на аниона - соли, съдържащи слаб основен катион и слаб киселинен анион.

Нека разгледаме случаите на хидролиза

Хидролиза чрез анион. Соли, съдържащи аниони на слаби киселини, например ацетати, цианиди, карбонати, сулфиди, реагират с вода, тъй като тези аниони са спрегнати основи, които могат да се конкурират с вода за протон, свързвайки го в слаба киселина:

По време на това взаимодействие концентрацията на ОН йони нараства - и следователно pH на водни разтвори на соли, хидролизирани от анион, винаги е в алкална областpH > 7. Хидролизата на многозаредени аниони на слаби киселини се случва главно в етап I. Работа на учениците по лист със задачи

За характеризиране на равновесното състояние по време на хидролизата на соли се използва хидролизната константа КЖ , което по време на хидролиза от анион е равно на:

където K H2O – йонен продукт на вода; ДА СЕА е константата на дисоциация на слабата киселина НА.

В съответствие с принципа на Льо Шателие за изместване на химичното равновесие, за да се потисне хидролизата, протичаща по протежение на аниона, трябва да се добави алкал към солевия разтвор като доставчик на ОН йон - , образуван по време на хидролизата на сол от анион (йон със същото име като продукта на хидролизата).

Хидролиза чрез катиони. Солите, съдържащи слаби основни катиони, например амониеви, алуминиеви, железни, цинкови катиони, взаимодействат с водата, тъй като те са спрегнати киселини, които могат да дарят протон на водните молекули или да свържат ОН йони – водни молекули за образуване на слаба основа:

Kt + + H 2 O-> KtOH + Н + рН< 7

NH 4 + + H 2 O -> NH 3 + H 3 O +

Fe 3+ + H 2 O -> FeOH 2+ + H + ; I – етап

FeOH 2+ + H 2 O -> Fe(OH) + 2 + H + ; II – етап

Fe(OH) + 2 + H 2 O ->Fe(OH) 3 + H + III – етап

По време на това взаимодействие концентрацията на Н-йони се увеличава + и следователно рН на водни разтвори на соли, хидролизирани от катиона, винаги е в киселинната областpH< 7. Гидролиз многозарядных катионов слабых оснований в основном протекает по I ступени.

За да се потисне хидролизата, която се случва по протежение на катиона, трябва да се добави киселина към солевия разтвор като доставчик на H йон + , образувани при хидролизата на сол в катион (йон със същото име като продукта на хидролизата. Работа на учениците според заданието

Хидролиза чрез катион и анион. В този случай както катиони, така и аниони участват едновременно в хидролитичната реакция с вода, а реакцията на средата се определя от естеството на силния електролит.

Ако хидролизата на катиона и аниона протича еднакво (киселината и основата са еднакво слаби електролити), тогава солевият разтвор има неутрална реакция; например, воден разтвор на амониев ацетат NH 4 CH 3 COO има pH = 7, защото pK a (CH3COOH) = 4.76 и pK b (NH3 *H20) = 4.76.

Ако в разтвора преобладава хидролизата на катиона (основата е по-слаба от киселината), разтворът на такава сол има слабо кисела реакция (рН< 7) , например нитрит аммония NH 4 НЕ 2

(pKa (HNO2) = 3.29).

Ако хидролизата от анион преобладава в разтвора (киселината е по-слаба от основата), разтворът на такава сол има леко алкална реакция (pH> 7), например амониев цианид NH4СN

(pKa (HCN) = 9.31).

Работа на учениците по лист със задачи

Някои соли, които се хидролизират в катиона и в аниона, например сулфиди или карбонати на алуминий, хром, желязо (III), се хидролизират напълно и необратимо, тъй като когато техните йони взаимодействат с вода, се образуват слабо разтворими основи и летливи киселини , което допринася за завършването на реакцията:

AI2(CO3)3+3H2O -> 2AI(OH)3+3CO2; Cr 2 S 3 + 6 H 2 O -> 2 Cr(OH) 3 + 3 H 2 S

Механизъм на необратима хидролиза

В разтвори на две соли, например натриев сулфид (Na 2 S) и алуминиев хлорид (AICI 3 ), взети поотделно, се установява равновесие: S 2– + H 2 O -> HS – + OH -

AI 3+ + H 2 O -> AIOH 2+ + H +

хидролизата е ограничена до етап I. Когато тези разтвори се смесят, Н йони+ и OH – взаимно се неутрализират, напускането на тези йони от реакционната сфера под формата на леко дисоциирана вода измества и двете равновесия надясно и активира следващите етапи на хидролиза:

HS – + H 2 O -> H 2 S + OH – 3 Степента на хидролиза е равна на съотношението на броя на хидролизираните солни молекули към общия брой на разтворените молекули. Зависи:

A) температура, B) концентрация на разтвора, C) вид сол (естество на основата, естество на киселината).

Фактори, влияещи върху степента на хидролиза:

Дълбочината на хидролизата на солите до голяма степен зависи от външни фактори, по-специално оттемпература И концентрация на разтвора . Когато разтворите се варят, хидролизата на солите протича много по-дълбоко, а охлаждането на разтворите, напротив, намалява способността на солта да се подложи на хидролиза.

Увеличаването на концентрацията на повечето соли в разтворите също намалява хидролизата, а разреждането на разтворите значително увеличава хидролизата на солите.

Хидролизата е ендотермичен процес, предимно обратим. В съответствие с принципа на изместване на химичното равновесиеза потискане на хидролизата– температурата трябва да се понижи, концентрацията на изходната сол да се увеличи, в разтвора да се въведе един от продуктите на хидролизата (киселини – Н).+ , алкали – OH - ); за подобряване на хидролизата– температурата трябва да се повиши, разтворът да се разреди, свързването на всеки хидролизен продукт (H+ или OH - ) в молекули на слаб електролит Н 2 О

Значение на хидролизата

Хидролитичните процеси, заедно с процесите на разтваряне, играят важна роля в метаболизма. Те са свързани с поддържането на киселинността на кръвта и другите физиологични течности на определено ниво. Действието на много химиотерапевтични средства се свързва с техните киселинно-алкални свойства и склонност към хидролиза.

1. Геохимични процеси.
2. Химическа индустрия

Работа на учениците по лист със задачи