التحلل المائي: ما يتكون منه وأمثلة على التفاعلات - كيمياء - 2025

و التحلل هو التفاعل الكيميائي التي يمكن أن تحدث في الجزيئات أو الأيونات على حد سواء العضوية وغير العضوية، وينطوي على مشاركة من الماء لكسر سنداتها. اشتق اسمها من الكلمة اليونانية "المائية" و "تحلل" التمزق.

يُؤسس جزيء الماء H ₂ O توازنًا مع أيونات أملاح الأحماض والقواعد الضعيفة ، وهذا المفهوم يظهر لأول مرة في الدراسات العامة للكيمياء وفي الكيمياء التحليلية. لذلك فهو أحد أبسط التفاعلات الكيميائية.

المعادلة العامة لتفاعل التحلل المائي. المصدر: غابرييل بوليفار.

في العديد من أمثلة التحلل المائي ، لا يستطيع الماء وحده كسر رابطة تساهمية معينة. عندما يحدث هذا ، يتم تسريع العملية أو تحفيزها عن طريق تحميض أو قلونة الوسط ؛ أي في وجود H ₃ O ⁺ أو OH ^- أيونات ، على التوالي. أيضا ، هناك إنزيمات تحفز التحلل المائي.

يحتل التحلل المائي مكانًا خاصًا فيما يتعلق بالجزيئات الحيوية ، نظرًا لأن الروابط التي تربط مونومراتها معًا تكون عرضة للتحلل المائي في ظل ظروف معينة. على سبيل المثال ، يتم تحلل السكريات لتحطيم السكريات إلى السكريات الأحادية المكونة لها بفضل عمل إنزيمات الجلوكوزيداز.

ما هو التحلل المائي؟

توضح الصورة أعلاه ماهية التحلل المائي. لاحظ أنه ليس فقط الجزيء أو الركيزة (إذا توسطت الإنزيمات) يكسر روابطها ، ولكن أيضًا الماء نفسه ، الذي "يتكسر" إلى H ⁺ و OH ^- ، حيث H ⁺ ينتهي بـ A ، و OH ^- مع B. AB لذلك يتفاعل مع جزيء الماء ، مما يؤدي إلى ظهور منتجين ، AH و B-OH.

وبالتالي فإن التحلل المائي هو رد الفعل المعاكس للتكثيف. في التكثيف ، يتحد منتجان ، على سبيل المثال AH و B-OH ، عن طريق تحرير جزيء صغير: الماء. في التحلل المائي ، يتم استهلاك جزيء ، بينما في التكثيف يتم إطلاقه أو إنتاجه.

بالعودة إلى مثال السكريات ، افترض أن AB يتوافق مع ثنائيات السكروز ، حيث يمثل A الجلوكوز ، ويمثل B الفركتوز. يمكن تحلل الرابطة الغلوكوزيدية AB لتكوين السكاريد الأحاديين منفصلين وفي محلول ، ويحدث نفس الشيء للسكريات القليلة والسكريات إذا توسطت الإنزيمات في مثل هذه التفاعلات.

لاحظ أنه في هذا التفاعل ، رد الفعل AB ، يكون للسهم اتجاه واحد فقط ؛ أي أنه تحلل مائي لا رجعة فيه. ومع ذلك ، فإن العديد من التحلل المائي هي في الواقع تفاعلات عكسية تصل إلى التوازن.

أمثلة على تفاعلات التحلل المائي

- ATP

ATP ثابت بين قيم الأس الهيدروجيني 6.8 و 7.4. ومع ذلك ، عند قيم الأس الهيدروجيني القصوى ، يتحلل تلقائيًا. في الكائنات الحية ، يتم تحفيز التحلل المائي بواسطة إنزيمات تعرف باسم ATPases:

ATP + H ₂ O => ADP + Pi

هذا التفاعل شديد الطاقة ، لأن إنتروبيا ADP أكبر من تلك الخاصة بـ ATP. التباين في طاقة جيبس ​​الحرة (ΔGº) هو - 30.5 كيلوجول / مول. تُستخدم الطاقة الناتجة عن التحلل المائي لـ ATP في العديد من التفاعلات المفاعلة.

ردود الفعل المزدوجة

في بعض الحالات ، يتم استخدام التحلل المائي لـ ATP لتحويل المركب (A) إلى مركب (B).

A + ATP + H ₂ O <=> B + ADP + Pi + H ⁺

- ماء

يمكن أن يتفاعل جزيئين من الماء مع بعضهما البعض في حالة التحلل المائي الظاهري

H ₂ O + H ₂ O <=> H ₃ O ⁺ + OH ^-

يبدو الأمر كما لو أن أحد جزيئات الماء هذه قد تكسر إلى H ⁺ و OH ^- ، فإن H ⁺ سوف يرتبط بذرة الأكسجين لجزيء الماء الآخر ، مما يؤدي إلى ظهور أيون الهيدرونيوم ، H ₃ O ⁺. هذا التفاعل ، وليس التحلل المائي ، يتعلق بالتأين الذاتي أو التحلل الذاتي للماء.

- البروتينات

البروتينات هي جزيئات كبيرة مستقرة ولتحقيق تحللها المائي الكامل ، في الأحماض الأمينية التي تشكلها ، يلزم وجود ظروف قاسية ؛ مثل تركيز حمض الهيدروكلوريك (6 م) ودرجات حرارة عالية.

ومع ذلك ، فإن الكائنات الحية تتمتع بترسانة إنزيمية تسمح بالتحلل المائي للبروتينات إلى أحماض أمينية في الاثني عشر. يفرز البنكرياس الإنزيمات المشاركة في هضم البروتين بالكامل تقريبًا.

هناك إنزيمات exopeptidase التي تحلل البروتينات ، بدءًا من نهاياتها: aminopeptidase في النهاية الأمينية ، و carboxypeptidase في نهاية الكربوكسيل. تمارس إنزيمات Endopeptidase عملها داخل سلسلة البروتين ، على سبيل المثال: التربسين ، البيبسين ، الكيموتريبسين ، إلخ.

- الاميدات والاسترات

الأميدات ، عند تسخينها في وسط قلوي ، ينتج عنها حمض الكربوكسيل وأمين:

RCONH ₂ + H ₂ O => RCOO ^- + NH ₂

تتحلل الإسترات الموجودة في وسط مائي إلى حمض كربوكسيل وكحول. يتم تحفيز العملية إما بقاعدة أو بحمض:

RCO-OR '+ H ₂ O => RCOOH + R'OH

هذا هو رد فعل التصبن الشهير.

- حمض القاعدة

في الماء ، يتم تحلل العديد من الأنواع لتحمض أو قلونة الوسط المائي.

إضافة الملح الأساسي

أسيتات الصوديوم ، ملح أساسي ، يتفكك في الماء ليعطي أيونات Na ⁺ (صوديوم) و CH ₃ COO ^- (أسيتات). قاعدية لها ويرجع ذلك إلى حقيقة أن خلات وتحلل لتوليد OH ^- أيونات ، في حين لا يزال الصوديوم دون تغيير:

CH ₃ COO ^- + H ₂ O <=> CH ₃ COOH + OH ^-

OH ^- مسؤولة عن ارتفاع الأس الهيدروجيني وتصبح أساسية.

إضافة ملح حامض

يتكون كلوريد الأمونيوم (NH ₄ Cl) من أيون الكلوريد (Cl ^-) من حمض الهيدروكلوريك (HCl) ، وحمض قوي ، وكاتيون الأمونيوم (NH ₄ ⁺) من هيدروكسيد الأمونيوم (NH ₄ OH) ، قاعدة ضعيفة. Cl ^- لا ينفصل في الماء ، لكن كاتيون الأمونيوم يتحول في الماء بالطريقة التالية:

NH ₄ ⁺ + H ₂ O <=> NH ₃ + H ₃ O ⁺

ينتج عن التحلل المائي لكاتيون الأمونيوم بروتونات تزيد من حموضة وسط مائي ، لذلك يُستنتج أن NH ₄ Cl هو ملح حمض.

إضافة ملح متعادل

كلوريد الصوديوم (NaCl) هو منتج ملح ناتج عن تفاعل قاعدة قوية (NaOH) مع حمض قوي (HCl). عن طريق إذابة كلوريد الصوديوم في الماء ، يتم إنتاج كاتيون الصوديوم (Na ⁺) والأنيون (Cl ^-). كلا الأيونات لا تنفصل في الماء ، لذلك لا تضيف H ⁺ أو OH ^- ، مع الحفاظ على درجة الحموضة ثابتة.

لذلك ، يُقال أن كلوريد الصوديوم ملح متعادل.

المراجع

1. ماثيوز ، سي كيه ، فان هولدي ، كيه إي وأهيرن ، كي جي (2002). الكيمياء الحيوية. (الطبعة الثالثة). تعديل. بيرسون أديسون ويسلي.
2. ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). كيمياء (الطبعة الثامنة). سينجاج ليرنينج.
3. هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (13 يناير 2019). التحلل المائي: التعريف والأمثلة. تم الاسترجاع من: thinkco.com
4. تيريزا فيليبس. (28 أبريل 2019). شرح لعملية التحلل المائي. تم الاسترجاع من: thebalance.com
5. محررو Encyclopaedia Britannica. (2016 ، 16 نوفمبر). التحلل المائي. Encyclopædia Britannica. تم الاسترجاع من: britannica.com
6. ويكيبيديا. (2019). التحلل المائي. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org