Что такое реакция гидролиза в биологии

Источник

Гидролиз

Определение гидролиза

Гидролизации подвержены как органические, так и неорганические вещества: углеводы, белки, оксиды, карбиды, соли и т. д. Например, гидролиз органических соединений напрямую связан с пищеварением — с его помощью происходит распад и усвоение клетками организма жиров, белков, углеводов. Но сейчас мы займемся неорганической химией и рассмотрим гидролизацию на примере солей.

Условия гидролиза

Далеко не все соединения распадаются, вступая в реакцию с молекулами воды. Сейчас мы на примере солей рассмотрим, какие вещества подвергаются гидролизу, а какие нет, и от чего это зависит.

Начнем с того, что любая соль включает основание — амфотерный гидроксид, и кислотный остаток.

сульфат меди CuSO4состоит из основания Cu(ОН)2и кислоты H2SO4;

хлорид натрия NaCl состоит из основания NaOH и кислоты HCl;

хлорид цинка ZnCl2состоит из основания Zn(ОН)2 и кислоты HCI;

карбонат натрия Na2CO3состоит из основания NaOH и кислоты H2CO3.

В зависимости от того, какие соли подвергаются гидролизу — со слабым основанием или слабой кислотой, в итоге может получиться кислая, щелочная или нейтральная среда водного раствора.

А что происходит, если соль состоит из сильного основания и сильного кислотного остатка? Ничего. 🙂 В этом случае ее сильные катионы и анионы не взаимодействуют с ионами воды. Такая соль не распадается, то есть не подвержена гидролизу.

Схема химической реакции гидролиза выглядит так:

XY + HOH ↔ XH + HOY

XH — кислотный остаток;

Индикаторы среды раствора

Для определения среды раствора за считанные секунды используются специальные индикаторы. Самый распространенный из них — лакмусовая бумага, но также популярны фенолфталеин и метиловый оранжевый. В нейтральной среде они не меняют свой цвет, а в кислотной или щелочной — приобретают другую окраску.

Изменение цвета индикатора однозначно говорит о том, что произошла гидролизация. Однако если цвет остался тем же — это не всегда означает отсутствие гидролиза. Среда будет почти нейтральной и в том случае, когда гидролизу подвергается соль со слабым основанием и слабой кислотой. Но об этом поговорим дальше, а пока посмотрите таблицу.

Виды гидролиза

Мы выяснили, что в составе соли может быть слабый ион, который и отвечает за гидролизацию. Он находится в основании, в кислотном остатке или в обоих компонентах, и от этого зависит тип гидролиза.

Соль с сильным основанием и сильной кислотой

Гидролиз отсутствует. Как вы уже знаете, при наличии сильного основания и сильного кислотного остатка соль не распадается при взаимодействии с водой. Так, например, невозможен гидролиз хлорида натрия (NaCl), поскольку в составе этого вещества нет слабых ионов. К таким же не подверженным гидролизации солям относят KClO₄, Ba(NO₃)₂ и т. д.

Среда водного раствора — нейтральная, т. е. pH = 7.

Реакция индикаторов: не меняют свой цвет (лакмус остается фиолетовым, а фенолфталеин — бесцветным).

Соль со слабым основанием и сильной кислотой

Среда водного раствора — кислая, pH меньше 7.

Реакция индикаторов: фенолфталеин остается бесцветным, лакмус и метиловый оранжевый — краснеют.

Соль с сильным основанием и слабой кислотой

Среда водного раствора — щелочная, pH больше 7.

Реакция индикаторов: фенолфталеин становится малиновым, лакмус — синим, а метиловый оранжевый желтеет.

Молекулярное уравнение: KNO₂ + H₂O ↔ HNO₂ + KOH

Ионное уравнение: K + + NO₂ − + HOH ↔ HNO₂ + K + + OH −

Гидролиз по катиону и аниону. Если у соли оба компонента — слабые, при взаимодействии с водой в реакцию вступает и анион, и катион. При этом катион основания связывает ионы воды OH − а анион кислоты связывает ионы H +

Среда водного раствора: нейтральная, слабокислая или слабощелочная.

Реакция индикаторов: могут не изменить свой цвет.

Цианид аммония NH₄CN включает слабое основание NH₄OH и слабую кислоту HCN.

Молекулярное уравнение: NH₄CN + H₂O ↔ NH₄OH + HCN

Ионное уравнение: NH₄ + + CN − + HOH ↔ NH₄OH + HCN

Среда в данном случае будет слабощелочной.

Обобщим все эти сведения в таблице гидролиза солей.

Ступенчатый гидролиз

Любой из видов гидролиза может проходить ступенчато. Так бывает в тех случаях, когда с водой взаимодействует соль с многозарядными катионами и анионами. Сколько ступеней будет включать процесс — зависит от числового заряда иона, отвечающего за гидролиз.

Как определить количество ступеней:

если соль содержит слабую многоосновную кислоту — число ступеней равняется основности этой кислоты;

если соль содержит слабое многокислотное основание — число ступеней определяют по кислотности основания.

Для примера рассмотрим гидролиз карбоната калия K₂CO₃. У нас есть двухосновная слабая кислота H₂CO₃, а значит, гидролизация пройдет по аниону в две ступени.

I ступень: K₂CO₃+HOH ↔ KOH+KHCO₃, итогом которой стало получение гидроксида калия (KOH) и кислой соли (KHCO₃).

II ступень: K₂HCO₃+HOH ↔ KOH+H₂CO₃, в итоге получился тот же гидроксид калия (KOH) и слабая угольная кислота (H₂CO₃).

Для приблизительных расчетов обычно принимают в учет только результаты первой ступени.

Обратимый и необратимый гидролиз

Химические вещества могут гидролизоваться обратимо или необратимо. В первом случае распадается лишь некоторое количество частиц, а во втором — практически все. Если соль полностью разлагается водой, это необратимый процесс, и его называют полным гидролизом.

Необратимо гидролизуются соли, в составе которых есть слабые нерастворимые основания и слабые и/или летучие кислоты. Такие соединения могут существовать лишь в сухом виде, их не получить путем смешивания водных растворов других солей.

Например, полному гидролизу подвергается сульфид алюминия:

Как видите, в результате гидролизации образуется гидроксид алюминия и сероводород.

Необратимые реакции при взаимодействии с водой имеют место и в органической химии. В качестве примера рассмотрим полный гидролиз органического вещества — карбида кальция, в результате которого образуется ацетилен:

Степень гидролиза

Взаимодействие соли или другого химического соединения с водой может усиливаться или ослабляться в зависимости от нескольких факторов. Если нужно получить количественное выражение гидролиза, говорят о его степени, которая указывается в процентах.

h — степень гидролиза,

n_гидр. — количество гидролизованного вещества,

n_общ. — общее количество растворенного в воде вещества.

На степень гидролизации может повлиять:

температура, при которой происходит процесс;

концентрация водного раствора;

состав участвующих в гидролизе веществ.

Можно усилить гидролиз с помощью воды (просто разбавить полученный раствор) или стимулировать процесс повышением температуры. Более сложным способом будет добавление в раствор такого вещества, которое могло бы связать один из продуктов гидролиза. К соли со слабой кислотой и сильным основанием нужно добавить соль со слабым основанием и сильной кислотой.

Для ослабления гидролиза раствор охлаждают и/или делают более концентрированным. Также можно изменить его состав: если гидролизация идет по катиону — добавляют кислоту, а если по аниону — щелочь.

Итак, мы разобрались, что такое гидролиз солей и каким он бывает. Пора проверить свои знания и ответить на вопросы по материалу.

Вопросы для самопроверки:

Назовите необходимое условие для гидролиза.

Какие типы гидролиза вы знаете?

В каком случае в результате гидролиза может образоваться слабощелочная или слабокислая среда?

По какому типу гидролизуется соль с сильным основанием и слабым кислотным остатком?

При гидролизе соли с сильным основанием и слабой кислотой для ослабления процесса нужно добавить в раствор кислоту или щелочь?

Как воздействует на гидролиз разбавление раствора водой?

Как определяется количество ступеней гидролиза?

Какая среда раствора образуется при гидролизации солей NaF, KCl, FeBr₂, Na₂PO₄? Ответов может быть несколько.

Какие из солей гидролизуются по катиону: Csl, FeSO₄, RbNO₃, CuSO₄, Mn(NO₃)₂? Ответов может быть несколько.

Какая из солей не подвергается гидролизу: K₂HPO₄, KNO₃, KCN, Ni(NO₃)₂?

Источник

Гидролиз – определение и примеры

Определение гидролиза

Хотя существует ряд химических реакций вне биологии, которые включают гидролиз, есть много биологических реакций, которые требуют воды для гидролиза связей больших молекул. Животным требуется вода для гидролиза сахаров, липидов и белков. Другими словами, гидролиз позволяет нам переваривать все, что мы едим. Ниже приведены некоторые примеры.

Примеры гидролиза

Белковый гидролиз

Все, что мы едим, содержит большое количество белка. Белки – это большие молекулы, и они используются всеми формами жизни для выполнения ряда задач. Они состоят из многих аминокислоты, связанные вместе пептидными связями. В то время как наш организм может использовать отдельные аминокислоты для производства новых белков, он должен сначала разрушить аминокислоты.

пептидная связь образуется между азотом и углеродом двух разных аминокислот. Чтобы разорвать эту связь, более отрицательный гидроксид связывается с более положительным углеродом, в то время как водород из воды связывается с более отрицательным азотом второй аминокислоты. Часто живые организмы используют ферменты или другие белки, чтобы увеличить скорость и эффективность реакций. Интересно, что пептидные связи создаются прямо противоположным образом, позволяя углероду и азоту реагировать и исключая воду молекула, Это известно как реакция дегидратации.

Когда мы гидролизуем связи в любом белке, белок распадается на отдельные аминокислоты, из которых он состоит. Эти аминокислоты затем используются вашим организмом для создания белков, необходимых для его функционирования. Таким образом, белок из моркови может стать белком, который составляет ваш мускул, Вся жизнь на Земле происходит из одной и той же ДНК, и вся жизнь на Земле использует в основном те же 20 аминокислот. Фактически, поскольку мы можем гидролизовать белок в его основные части, можно получить весь необходимый белок из рациона, состоящего исключительно из растений. «Факт», что мясо так или иначе является требованием белка, является распространенным заблуждением.

Углеводный гидролиз

В то время как наши тела используют белки для ряда целей, нам также необходим источник энергии для наших клеток, чтобы работать. В основном мы получаем эту энергию в форме глюкозы. Однако почти ни одна из продуктов, которые мы едим, не содержит глюкозы. Скорее, они содержат большие полисахариды, которые мы должны расщеплять или гидролизовать до глюкозы. Эти полисахариды представляют собой просто длинные цепочки глюкозы, используемые для хранения энергии в компактной форме. Эти полисахариды, также известные как крахмалы и сложные сахара, являются основным способом накопления энергии, которую они получают от солнца.

Чтобы гидролизовать эти сахара и крахмалы обратно в глюкозу, необходима вода. Однако простое помещение крахмала в воду не превращает его в глюкозу со скоростью, которая поможет выжить живому животному. Для ускорения процесса используется другой фермент. Этот фермент немного отличается по форме от используемого для гидролиза аминокислот, потому что сахара имеют другую форму, чем белки. Один раз клетка сделал правильные ферменты, реакция может протекать очень быстро. На самом деле, этот процесс начинается, как только пища попадает в организм. В вашей слюне высвобождаются ферменты, которые быстро начинают переваривать крахмал в более простые сахара. Быстро доставляя глюкозу в клетки, клетки могут дышать и накапливать энергию, необходимую для обработки и включения поступающих в пищу аминокислот и липидов. Хорошо сбалансированная еда обеспечивает и энергию, и больше ресурсов для построения и восстановления клеток.

Родственные термины по биологии

викторина

1. А фосфолипид большая молекула, состоящая из мелких частей глава молекулы содержит атом фосфора и притягивается к воде. Хвост фосфолипида содержит длинные углеродные цепи, связанные с гидроксильными группами. Хвост отталкивается водой. Таким образом, фосфолипиды используются для создания клеточных мембран всей жизни на Земле. Если большая клетка фагоцитирует или съедает другую клетку, что она должна сделать с фосфолипидами, чтобы переварить их?A. Обезвоживать связиB. Гидролизовать связиC. Конвертировать облигации

Ответ на вопрос № 1

В верно. Более крупная клетка будет использовать ферменты для гидролиза фосфолипидов в более мелкие молекулы, которые она может использовать для создания своих собственных фосфолипидов. Для облегчения процесса будут использоваться специальные ферменты, специфичные для разрываемых связей. Для обезвоживания связей было бы противоположностью пищеварения. Это создало бы большие молекулы и использовало бы энергию в процессе.

Ответ на вопрос № 2

В верно. Противоположности притягиваются, поэтому положительный атом Х будет притягиваться к отрицательному атому кислорода в гидроксидной группе. Аналогично, отрицательный атом Y будет притягиваться к положительному водороду. Однако, поскольку весь X связан с Y, а H связан с OH, для осуществления этой реакции требуется определенное количество энергии. Именно здесь и вступают ферменты. Создавая правильную форму и объединяя молекулы, энзимы могут стимулировать молекулы к обмену партнерами гораздо быстрее, чем это было бы возможно в обычном режиме.

3. В то время как животные являются только потребителями глюкозы, растения могут создавать глюкозу и использовать глюкозу. Они создают глюкозу из углекислого газа, солнечного света и воды и используют глюкозу через тот же процесс дыхания, что и животные. Следовательно, глюкоза должна быть обезвожена для хранения и гидролизована для использования. Как оба эти процесса могут происходить одновременно?A. Они не могут. Растения должны делать их в разное время.B. Они разделены пробелом.C. Ферменты автоматически включаются и выключаются.

Ответ на вопрос № 3

В верно. В то время как некоторые ферменты активируются и деактивируются определенными сигналами, для растений самый простой способ разделить реакции – провести их в разных частях клетки. Самые большие молекулы крахмала могут быть созданы различными органеллами, которые отвечают за преобразование глюкозы в энергию. Различные органеллы содержат различные ферменты, и, таким образом, клетка может одновременно создавать и использовать энергию.

Источник