Гидролиз

Гидролиз - один из видов химических реакций сольволиза, где при взаимодействии веществ с водой происходит разложение исходного вещества с образованием новых соединений. Механизм гидролиза соединений различных классов: соли, углеводы, белки, сложные эфиры, жиры и др. имеет существенные различия.

Сольволиз - реакция обменного разложения между растворенным веществом и растворителем. Сольволиз в воде - гидролиз, сольволиз в аммиаке - аммонолиз, сольволиз в спиртах - алкоголиз и т. д. В отличие от сольватации, сольволиз приводит к образованию новых химических соединений определенного состава.

Гидролиз солей - разновидность реакций гидролиза, обусловленного протеканием реакций ионного обмена в растворах (преимущественно, водных) растворимых солей-электролитов. Движущей силой процесса является взаимодействие ионов с водой, приводящее к образованию слабого электролита в ионном или (реже) молекулярном виде («связывание ионов»). Различают обратимый и необратимый гидролиз солей.

Под степенью гидролиза подразумевается отношение части соли, подвергающейся гидролизу, к общей концентрации её ионов в растворе. Обозначается α (или hгидр). Является количественной характеристикой гидролиза.

Константа гидролиза - константа равновесия гидролитической реакции. Так константа гидролиза соли равна отношению произведения равновесных концентраций продуктов реакции гидролиза к равновесной концентрации соли с учетом стехиометрических коэффициентов.

Живые организмы осуществляют гидролиз различных органических веществ в ходе реакций катаболизма при участии ферментов. Например,в ходе гидролиза при участии пищеварительных ферментов белки расщепляются на аминокислоты, жиры - на глицерин и жирные кислоты, полисахариды (например, крахмал и целлюлоза) - на моносахариды (например, на глюкозу), нуклеиновые кислоты - на свободные нуклеотиды. При гидролизе жиров в присутствии щёлочей получают мыло; гидролиз жиров в присутствии катализаторов применяется для получения глицерина и жирных кислот. Гидролизом древесины получают этанол, а продукты гидролиза торфа находят применение в производстве кормовых дрожжей, воска, удобрений и др.

Важнейшим фактором разрушения минералов и образования продуктов выветривания являются процессы гидратации минералов и последующий распад их кристаллической решетки. Интенсивность гидратации возрастает параллельно механическому разрушению горных пород. Одной из причин разрушения кристаллической решетки может быть замещение металлов водородом. Гидроксоний (Н3О) внедряется в кристаллические решетки минералов, вытесняя и замещая калий, натрий, кальций, магний, что вызывает изменения условий заряда и постепенное разрушение кристаллических решеток с переходом в раствор катионов, а также кремния и алюминия в виде анионов. Возможен и другой механизм разрушения минералов.
Алюмосиликаты построены из сочетаний кремнекислородных тетраэдров и алюмогидроксильных октаэдров, образующих основу кристаллической решетки этих минералов. Рентгенографические исследования воды и льда позволили считать, что вода построена тетраэдрами, близкими по форме и размерам к кремнекислородным тетраэдрам. Благодаря такому соответствию размеров и сходству структур создаются предпосылки к сравнительно легкому замещению кремнекислородных тетраэдров молекулами воды, что также ведет к распаду кристаллической решетки.
Силикатные и алюмосиликатные минералы породы, приведенной в процессе механического выветривания в раздробленное состояние, соприкасаясь с водой, всегда в присутствии угольной кислоты при колеблющейся температуре и интенсивной циркуляции воды подвергаются глубокому гидролизу с образованием слабых растворов кремнекислых и углекислых щелочей и щелочных земель, истинных и коллоидных растворов кремнезема и полуторных окислов, а также их гелеподобных осадков.

Примеры реакций гидратации и гидролиза при выветривании:
- Гидратация ангидрита происходит при выветривании осадочных пород, содержащих ангидрит. При гидратации почти нерастворимого в воде безводного сульфата кальция (ангидрит) объем породы увеличивается на 50—60%, при этом возрастают растворимость и вынос сульфата кальция: CaSO4 + 2Н2О = CaSO4 * 2Н2О.
- Гидролиз карбонатов кальция - весьма распространенное явление при выветривании мрамора, известняков, мергелей, а также при растворении углекислых солей кальция: 2СаСО3 + 2 H2O = Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2. Углекислый кальций вследствие гидролиза может вымываться. При этом реакция среды делается щелочной.
Гидролиз алюмосиликатов является одним из наиболее универсальных процессов глубинного химического разрушения минералов, сопровождающийся появлением в растворах слабых концентраций щелочных и щелочноземельных соединений кремнезема и угольной кислоты.

Сходно протекает реакция гидролиза и распада альбита. При глубоком гидролизе и распаде альбита в результате выветривания образуются истинные и коллоидные растворы крехмнезема, окислы алюминия и гидроокись натрия, которая очень быстро в присутствии угольной кислоты превращается в углекислую щелочь (реакция карбонатизации). Реакция гидролиза алюмосиликатов - одна из наиболее распространенных в природе; она ведет к образованию подвижных соединений кремнезехма, углекислых солей кальция, магния, натрия и калия.-Гидратация минералов обусловливает прибавку до 1000% к исходному содержанию влаги в породе и этим вызывает значительное увеличение ее объема. Общее же возрастание объема вновь образующейся выветрелой породы составляет до 50-150% по сравнению с исходным объемом.
В коре выветривания циркулируют обычно не пресные, а слабоминерализованные растворы. Поэтому процессы гидролиза и разрушения минералов под влиянием контакта с водой во много раз усиливаются.