Hydrolys är en typ av kemisk reaktion som sker mellan vatten och en annan förening. Under reaktionen bryts kemiska bindningar i båda molekylerna, vilket gör att de bryts isär. Vattenmolekylen delar sig för att bilda positivt laddade väte (H+) och negativt laddade hydroxidjoner (OH-) och den andra molekylen delas i två enklare sektioner, också med positiva och negativa laddningar. H+- och OH-joner fäster vid var och en av dessa sektioner. Dessa reaktioner äger rum när vissa joniska föreningar, till exempel vissa syror, baser och salter, löses i vatten; de är involverade i processer som är väsentliga för livet; de används i några viktiga industriella processer, såsom tillverkning av tvål; och de spelar en viktig roll vid vittring av stenar.
Joniska föreningar
Joniska föreningar kan vara syror, baser eller salter, som är föreningar som är resultatet av reaktionen mellan en syra och en bas. De består av positivt laddade katjoner och negativt laddade anjoner. När de är lösta i vatten kommer de att delas upp i sina katjoner och anjoner. Anjonerna av svaga syror, och katjonerna av svaga baser, kommer att reagera med vatten i viss utsträckning, vilket resulterar i hydrolys.
Där ett salt är produkten av en stark syra och en svag bas, kommer basens katjon att hydrolysera i vatten. Till exempel är ammoniumklorid (NH4Cl) saltet av en svag bas – ammoniak (NH3) – och en stark syra – saltsyra (HCl). När det löses i vatten delas det i katjoner och anjoner – NH4+ respektive Cl-. Katjonen kommer dock att reagera med vatten i viss utsträckning genom att förlora en vätejon:
NH4+ + H2O NH3 + H3O+
Eftersom denna reaktion producerar hydroniumjoner (H3O+), är den resulterande lösningen sur. Där ett salt är produkten av en stark bas och en svag syra, kommer syrans anjoner att reagera med vatten genom att ta emot vätejoner (H+) och lämna hydroxidjoner (OH-) som ger en alkalisk lösning. Saltet av en stark syra och en stark bas kommer inte att hydrolysera eftersom syrans anjon och basens katjon inte reagerar med vatten.
liv
Många processer som är livsnödvändiga involverar hydrolys. Ett exempel är frigörandet av energi från molekylen adenosintrifosfat (ATP). Celler använder denna förening för att lagra energi, som sedan kan frigöras när det behövs. Molekylen har tre fosfatgrupper (PO4-), men den kan förlora en av dessa grupper genom att reagera med vatten. Denna reaktion använder faktiskt en liten mängd energi, men mycket mer frigörs av de efterföljande reaktionerna av den fria fosfatgruppen.
Hydrolys spelar också en viktig roll i nedbrytningen av mat till lättupptagbara näringsämnen. De flesta av de organiska föreningarna i livsmedel reagerar inte lätt med vatten, och vanligtvis krävs en katalysator för att tillåta dessa processer att äga rum. Organiska katalysatorer som hjälper till med reaktioner i levande organismer kallas enzymer. I kroppen katalyserar enzymer som lipaser, karbohydraser och proteaser reaktionerna med fetter, kolhydrater och proteiner med vatten.
Ett exempel på hydrolys är nedbrytningen av stärkelse, som katalyseras av enzymet amylas. Stärkelse bryts ner till mindre molekyler, som består av sockret som kallas maltos. Maltos kan sedan ytterligare brytas ner till glukosmolekyler, under påverkan av enzymet maltas. I varje fall deltar vatten i processen, som i sig själv delar upp och lägger till en hydroxylgrupp och en vätejon till de nya molekylerna som bildas på varje sida av den brutna bindningen.
Industrin
Många industriella procedurer kräver att olika ämnen hydrolyseras för att skapa användbara produkter. Ofta reagerar emellertid råvarorna för dessa processer inte lätt med vattenmolekyler, så reaktionerna underlättas av en mängd olika sätt, såsom högt tryck, höga temperaturer och katalysatorer. Laboratoriehydrolys kräver vanligtvis användning av en katalysator, som vanligtvis är en stark syra eller alkali.
Hydrolys har använts under lång tid vid tillverkning av tvål. Under denna process, känd som förtvålning, hydrolyseras fett i en reaktion med vatten och den starka alkalin, natriumhydroxid. Reaktionen producerar fettsyrasalter, allmänt känd som tvål. Förtvålning sker ibland i gamla oljemålningar när fettsyror i oljefärg reagerar med metallerna i färgpigment. Detta kan orsaka vita avlagringar och klumpar att utvecklas på ytan av målningar, även om det inte är känt varför det bara förekommer på vissa konstverk och inte andra.
Förvittring
Hydrolys är en viktig process vid vittring av stenar. Olika silikatmineraler, såsom fältspat, genomgår långsamma hydrolysreaktioner med vatten och bildar lera och silt, tillsammans med lösliga föreningar. Denna process är viktig vid bildandet av jordar och för att göra viktiga mineraler tillgängliga för växter.