L’idrolisi è un tipo di reazione chimica che si verifica tra l’acqua e un altro composto. Durante la reazione, i legami chimici si rompono in entrambe le molecole, provocandone la rottura. La molecola d’acqua si divide per formare ioni idrogeno (H+) e idrossido (OH-) con carica positiva, e l’altra molecola si divide in due sezioni più semplici, anch’esse con cariche positive e negative. Gli ioni H+ e OH- si legano a ciascuna di queste sezioni. Queste reazioni avvengono quando alcuni composti ionici, per esempio certi acidi, basi e sali, si dissolvono in acqua; sono coinvolti in processi che sono essenziali per la vita; sono utilizzati in alcuni importanti processi industriali, come la fabbricazione del sapone; e svolgono un ruolo importante nell’erosione delle rocce.
Composti Ionici
I composti ionici possono essere acidi, basi o sali, che sono composti che risultano dalla reazione di un acido e una base. Sono costituiti da cationi con carica positiva e anioni con carica negativa. Quando vengono sciolti in acqua, si dividono nei loro cationi e anioni. Gli anioni degli acidi deboli e i cationi delle basi deboli reagiranno in una certa misura con l’acqua, determinando l’idrolisi.
Quando un sale è il prodotto di un acido forte e di una base debole, il catione della base si idrolizzerà in acqua. Ad esempio, il cloruro di ammonio (NH4Cl) è il sale di una base debole – ammoniaca (NH3) – e un acido forte – cloridrico (HCl). Quando disciolto in acqua, si divide in cationi e anioni, rispettivamente NH4+ e Cl-. Il catione, tuttavia, reagirà con l’acqua in una certa misura perdendo uno ione idrogeno:
NH4+ + H2O NH3 + H3O+
Poiché questa reazione produce ioni idronio (H3O+), la soluzione risultante è acida. Quando un sale è il prodotto di una base forte e un acido debole, gli anioni dell’acido reagiranno con l’acqua accettando ioni idrogeno (H+), lasciando ioni idrossido (OH-), che danno una soluzione alcalina. Il sale di un acido forte e di una base forte non si idrolizzerà perché l’anione dell’acido e il catione della base non reagiscono con l’acqua.
Vita
Molti processi essenziali per la vita coinvolgono l’idrolisi. Un esempio è il rilascio di energia da parte della molecola adenosina trifosfato (ATP). Le cellule usano questo composto per immagazzinare energia, che può poi essere rilasciata quando è necessaria. La molecola ha tre gruppi fosfato (PO4-), ma può perdere uno di questi gruppi reagendo con l’acqua. Questa reazione consuma effettivamente una piccola quantità di energia, ma molto di più viene rilasciata dalle successive reazioni del gruppo fosfato libero.
L’idrolisi svolge anche un ruolo fondamentale nella scomposizione del cibo in nutrienti facilmente assorbibili. La maggior parte dei composti organici negli alimenti non reagisce prontamente con l’acqua e di solito è necessario un catalizzatore per consentire l’esecuzione di questi processi. I catalizzatori organici che aiutano con le reazioni negli organismi viventi sono noti come enzimi. Nel corpo, enzimi come lipasi, carboidrasi e proteasi catalizzano le reazioni con i grassi, i carboidrati e le proteine con l’acqua.
Un esempio di idrolisi è la scomposizione dell’amido, che è catalizzata dall’enzima amilasi. L’amido viene scomposto in molecole più piccole, che consistono nello zucchero noto come maltosio. Il maltosio può quindi essere ulteriormente scomposto in molecole di glucosio, sotto l’influenza dell’enzima maltasi. In ogni caso, l’acqua prende parte al processo, scindendo e aggiungendo un gruppo ossidrile e uno ione idrogeno alle nuove molecole formate su ciascun lato del legame rotto.
Industria
Molte procedure industriali richiedono l’idrolisi di varie sostanze per creare prodotti utili. Spesso, però, le materie prime per questi processi non reagiscono facilmente con le molecole d’acqua, quindi le reazioni sono aiutate da una varietà di mezzi, come alta pressione, alte temperature e catalizzatori. L’idrolisi di laboratorio richiede solitamente l’uso di un catalizzatore, che è tipicamente un acido forte o un alcali.
L’idrolisi è stata utilizzata per lungo tempo nella produzione di sapone. Durante questo processo, noto come saponificazione, il grasso viene idrolizzato in una reazione con l’acqua e l’alcali forte, l’idrossido di sodio. La reazione produce sali di acidi grassi, comunemente noti come sapone. La saponificazione a volte si verifica nei vecchi dipinti ad olio quando gli acidi grassi nella pittura ad olio reagiscono con i metalli nei pigmenti della pittura. Ciò può causare la formazione di depositi bianchi e grumi sulla superficie dei dipinti, anche se non è noto il motivo per cui si verifica solo su alcune opere d’arte e non su altre.
Agenti atmosferici
L’idrolisi è un processo importante nell’erosione delle rocce. Vari minerali di silicato, come il feldspato, subiscono lente reazioni di idrolisi con l’acqua, formando argilla e limo, insieme a composti solubili. Questo processo è importante nella formazione dei suoli e nel rendere i minerali essenziali disponibili per le piante.