जलीय विश्लेषण

जल अपघटन ( (प्राचीन ग्रीक हाइड्रो- 'वाटर', और लिसिस 'अनाब्धित होना ' से) एक रासायनिक अभिक्रिया है जिसमें पानी का एक अणु एक या अधिक रासायनिक बन्धों को तोड़ता है। इस शब्द का प्रयोग विशेष तौर पर  प्रतिस्थापन अभिक्रिया,  उन्मूलन अभिक्रिया और   विलायकन अभिक्रियाओं के लिए किया जाता है जिसमें पानी  नाभिकस्नेही  होता है। जैविक जल अपघटन जैविक अणुओं का विदलन है जहां एक बड़े अणु को घटक भागों में अलग करने के लिए पानी के अणु का उपयोग किया जाता है। जब जल अपघटन द्वारा एक  कार्बोहाइड्रेट  को उसके घटक, चीनी अणुओं में तोड़ दिया जाता है (उदाहरण के लिए,  सुक्रोज  को  शर्करा  और  फ्रुक्टोज  में तोड़ दिया जाता है), इसे  शर्करीकरण के रूप में पहचाना जाता है। जल अपघटन अभिक्रियाएं संघनन अभिक्रिया के विपरीत हो सकती हैं, जिसमें दो अणु एक बड़े अणु में सम्मलित हो जाते हैं और एक पानी के अणु को बाहर निकाल देते हैं। इस प्रकार जल अपघटन बन्ध को तोड़ने के लिए पानी को जोड़ता है, जबकि संघनन पानी को निकालकर बनता है।

प्रकार
सामान्यतः जल अपघटन एक रासायनिक प्रक्रिया है जिसमें किसी पदार्थ में पानी का एक अणु जोड़ा जाता है। कभी-कभी यह जोड़ पदार्थ और पानी के अणु दोनों को दो भागों में विभाजित कर देता है। ऐसी अभिक्रियाओं में, लक्ष्य अणु (या मूल अणु) का एक टुकड़ा हाइड्रोजन आयन  प्राप्त करता है। यह यौगिक में एक रासायनिक बन्ध को तोड़ता है।

लवण
एक सामान्य प्रकार का जल अपघटन तब होता है जब एक दुर्बल अम्ल या दुर्बल क्षार (या दोनों) का लवण पानी में घुल जाता है।  पानी, हाइड्रोक्साइड और  हाइड्रोनियम  में  स्व-आयनीकृत हो जाता है। लवण भी अपने घटक धनायनों और  ऋणायन में अलग हो जाता है। उदाहरण के लिए,  सोडियम   एसीटेट  पानी में सोडियम और एसीटेट आयनों में अलग हो जाता है। सोडियम आयन  हाइड्रॉक्साइड आयनों के साथ बहुत कम अभिक्रिया करते हैं जबकि एसीटेट आयन हाइड्रोनियम आयनों के साथ मिलकर  एसीटिक अम्ल बनाते हैं। इस स्थिति में अंतिम परिणाम हाइड्रॉक्साइड आयनों की एक सापेक्ष अधिकता है, जो एक क्षारीय  विलयन प्रदान करती है।

प्रबल अम्ल भी जल अपघटन से गुजरते हैं। ( उदाहरण के लिए, सल्फ्यूरिक अम्ल (H2SO4) को घोलना )  जल अपघटन के साथ हाइड्रोनियम और  बाइसल्फेट आयन, सल्फ्यूरिक अम्ल का संयुग्मी अम्ल देता है। इस तरह के जल अपघटन के दौरान क्या होता है, इसकी अधिक तकनीकी चर्चा के लिए ब्रोंस्टेड-लोरी अम्ल-क्षार सिद्धांत देखें।

एस्टर और एमाइड्स
अम्ल-क्षार-उत्प्रेरित जल अपघटन बहुत सामान्य हैं; एक उदाहरण एमाइड या एस्टर का जल अपघटन है। उनका जल अपघटन तब होता है जब नाभिकस्नेही (एक नाभिक-चाहने वाला अणु, जैसे, पानी या हाइड्रॉक्सिल आयन ) एस्टर या एमाइड के कार्बोनिल  के कार्बन पर हमला करता है। एक जलीय क्षार में, हाइड्रॉक्सिल आयन पानी जैसे ध्रुवीय अणुओं की तुलना में अच्छे नाभिकस्नेही होते हैं। अम्ल में, कार्बोनिल समूह प्रोटोनेट हो जाता है, और इससे नाभिकस्नेही हमला बहुत आसान हो जाता है। दोनों जल अपघटन के उत्पाद  कार्बोक्सिलिक अम्ल समूहों वाले यौगिक हैं।

सम्भवतः एस्टर जल अपघटन का सबसे पुराना व्यावसायिक रूप से प्रचलित उदाहरण साबुनीकरण (साबुन का निर्माण) है। यह सोडियम हाइड्रॉक्साइड  (NaOH) जैसे जलीय क्षार के साथ  ट्राइग्लिसराइड  (वसा) का जल अपघटन है। प्रक्रिया के दौरान,  ग्लिसरॉल  बनता है, और  वसा अम्ल  क्षार के साथ अभिक्रिया करता है, उन्हें लवण में परिवर्तित करता है। इन लवणों को साबुन कहा जाता है, जो सामान्यतः घरों में उपयोग किया जाता है।

इसके अतिरिक्त, जीवित प्रणालियों में, अधिकांश जैव रासायनिक अभिक्रियाएं ( ATP जल अपघटन सहित) एंजाइमों के उत्प्रेरण के दौरान होती हैं। एंजाइमों की उत्प्रेरक क्रिया  प्रोटीन, वसा, तेल और कार्बोहाइड्रेट के जल अपघटन की अनुमति देती है। एक उदाहरण के रूप में, कोई  प्रोटीज  (एंजाइम जो प्रोटीन में  पेप्टाइड बन्ध के जल अपघटन के कारण  पाचन  में सहायता करता है) पर विचार कर सकता है। वे पेप्टाइड श्रृंखलाओं में आंतरिक पेप्टाइड बन्ध के जल अपघटन को उत्प्रेरित करते हैं, जैसा कि  एक्सोपेप्टिडेज़  (एंजाइमों का एक अन्य वर्ग, जो टर्मिनल पेप्टाइड बन्ध के जल अपघटन को उत्प्रेरित करता है, एक समय में एक मुक्त अमीनो अम्ल को मुक्त करता है) के विपरीत है।

चूंकि, प्रोटीज सभी प्रकार के प्रोटीनों के जल अपघटन को उत्प्रेरित नहीं करते हैं। उनकी क्रिया स्टीरियो-चयनात्मक है: केवल एक निश्चित तृतीयक संरचना वाले प्रोटीन को लक्षित किया जाता है क्योंकि एमाइड समूह को उत्प्रेरण के लिए उचित स्थिति में रखने के लिए किसी प्रकार की ओरिएंटिंग बल की आवश्यकता होती है। एक एंजाइम और उसके मूलाधार अणु (प्रोटीन) के बीच आवश्यक संपर्क बनाए जाते हैं क्योंकि एंजाइम इस तरह से मोड़ता है कि एक दरार बन जाती है जिसमें अणु फिट हो जाता है; दरार में उत्प्रेरक समूह भी होते हैं। इसलिए, प्रोटीन जो दरार में फिट नहीं होते हैं, वे जल अपघटन से नहीं गुजरेंगे। यह विशिष्टता हार्मोन  जैसे अन्य प्रोटीन की अखंडता को बनाये रखती है, और इसलिए जैविक प्रणाली सामान्य रूप से कार्य करना जारी रखती है। जल अपघटन पर, एक एमाइड एक कार्बोक्सिलिक अम्ल और एक अमाइन  या  अमोनिया  में परिवर्तित हो जाता है (जो अम्ल की उपस्थिति में तुरंत अमोनियम लवण में परिवर्तित हो जाता है)। कार्बोक्सिलिक अम्ल पर दो ऑक्सीजन समूहों में से एक पानी के अणु से प्राप्त होता है और एमाइन (या अमोनिया) हाइड्रोजन आयन प्राप्त करता है। पेप्टाइड बन्ध के जल अपघटन से  एमिनो अम्ल मिलता है।

अनेक पॉलिएमाइड बहुलक जैसे नायलॉन 6,6 प्रबल अम्ल की उपस्थिति में जल अपघटित करते हैं। प्रक्रिया विबहुलीकरण की ओर जाने लगती है। इस कारण से नायलॉन उत्पाद अम्लीय पानी की थोड़ी मात्रा के संपर्क में आने पर फटने से असफल हो जाते हैं। पॉलिएस्टर भी इसी तरह के  बहुलक क्षरण  अभिक्रियाओं के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं। समस्या को पर्यावरणीय तनाव क्रैकिंग के रूप में जाना जाता है।

ATP
जल अपघटन, ऊर्जा उपापचय और भंडारण से संबंधित है। सभी जीवित कोशिकाओं को दो मुख्य उद्देश्यों के लिए ऊर्जा की निरंतर आपूर्ति की आवश्यकता होती है: सूक्ष्म और बड़े अणुओं का जैवसंश्लेषण, और कोशिका झिल्ली में आयनों और अणुओं का सक्रिय परिवहन। पोषक तत्वों के  ऑक्सीकरण  से प्राप्त ऊर्जा का सीधे उपयोग नहीं किया जाता है, लेकिन अभिक्रियाओं के एक जटिल और लंबे अनुक्रम के माध्यम से, इसे एक विशेष ऊर्जा-भंडारण अणु,  एडेनोसाइन ट्रायफ़ोस्फेट  (ATP) में प्रसारित किया जाता है। ATP अणु में  पायरोफॉस्फेट  लिंकेज (दो फॉस्फेट इकाइयों के संयुक्त होने पर बनने वाले बन्ध) होते हैं जो जरूरत पड़ने पर ऊर्जा छोड़ते हैं। ATP दो तरीकों से जल अपघटन से गुजर सकता है: सबसे पहले, अभिक्रिया के साथ टर्मिनल फॉस्फेट को हटाने से  एडीनोसिन डाइफॉस्फेट  (ADP) और अकार्बनिक फॉस्फेट बनता है:


 * ATP + एच2ओ -> एडीपी + पी_{i}

दूसरे, एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट  (AMP) और पाइरोफॉस्फेट प्राप्त करने के लिए एक टर्मिनल डिपोस्फेट को हटाना। उत्तरार्द्ध सामान्यतः अपने दो घटक फॉस्फेट में और अधिक दरार से गुजरता है। इसके परिणामस्वरूप जैवसंश्लेषण अभिक्रियाएं होती हैं, जो सामान्यतः श्रृंखला में होती हैं, जिन्हें संश्लेषण की दिशा में संचालित किया जा सकता है जब फॉस्फेट बन्ध जल अपघटन से गुजरते हैं।

पॉलीसेकेराइड्स
मोनोसैकराइड को ग्लाइकोसिडिक बन्ध द्वारा एक साथ जोड़ा जा सकता है, जिसे जल अपघटन द्वारा साफ किया जा सकता है। दो, तीन, अनेक या अनेक मोनोसेकेराइड इस प्रकार क्रमशः  डाईसैकराइड,  ट्राइसेकेराइड ,ओलिगोसेकेराइड या  डाइसैकेराइड्स, से जुड़े होते हैं। एंजाइम जो  ग्लाइकोसिडिक बंन्धो को जल-अपघटित करते हैं उन्हें  ग्लाइकोसाइड हाइड्रॉलेज़  या ग्लाइकोसिडेस कहा जाता है।

सबसे प्रसिद्ध डिसैकराइड सुक्रोज (टेबल शुगर) है। सुक्रोज के जल अपघटन से ग्लूकोज और फ्रुक्टोज निकलता है। इन्वर्टेज  एक  चीनी  है जिसका उपयोग औद्योगिक रूप से सुक्रोज के तथाकथित  अपवृत्त शर्करा के जल अपघटन के लिए किया जाता है। दूध में  लैक्टोज  के पाचन संबंधी अपघटन के लिए  लैक्टेज  आवश्यक है; अनेक वयस्क मनुष्य लैक्टेज का उत्पादन नहीं करते हैं और दूध के लैक्टोज का पाचन नहीं कर पाते हैं।

घुलनशील शर्करा के लिए पॉलीसेकेराइड के जल अपघटन को शर्करीकरण के रूप में पहचाना जा सकता है। जौ  से बने माल्ट का उपयोग β- एमिलेज  के स्रोत के रूप में  स्टार्च  को डिसैकराइड  माल्टोस  में तोड़ने के लिए किया जाता है, जिसका उपयोग खमीर द्वारा शराब बनाने के लिए किया जा सकता है। अन्य एमाइलेज एंजाइम स्टार्च को ग्लूकोज या ओलिगोसेकेराइड में बदल सकते हैं। सेल्युलोज को पहले  सेल्युलेस  द्वारा  सेलोबायोज  में जल अपघटन किया जाता है और फिर सेलोबायोज को  बीटा-ग्लुकोसिडेस  द्वारा ग्लूकोज में जल अपघटन किया जाता है। जुगाली करने वाले जानवर जैसे गाय, सहजीवी बैक्टीरिया (जो सेल्यूलस का उत्पादन करते हैं ) के कारण, सेल्यूलोज को सेलोबायोस और फिर ग्लूकोज  में जल अपघटित करने में सक्षम होते हैं।

धातु एक्वा आयन
धातु आयन लुईस अम्ल होते हैं, और  जलीय विलयन में वे सामान्य सूत्र M(H2O)_{n}^{m+} के  धातु एक्वा कॉम्प्लेक्स  बनाते हैं. एक्वा आयन अधिक या कम हद तक जल अपघटन से गुजरते हैं। पहला जल अपघटन चरण सामान्य रूप से दिया जाता है



इस प्रकार ब्रोन्स्टेड-लोरी अम्ल-क्षार सिद्धांत के संदर्भ में एक्वा धनायन अम्ल के रूप में व्यवहार करते हैं। धनावेशित धातु आयन के प्रेरणिक प्रभाव पर विचार करके इस प्रभाव को आसानी से समझाया गया है, जो इसे कमजोर करता है O\sH एक संलग्न पानी के अणु का बन्ध, एक प्रोटॉन की मुक्ति को अपेक्षाकृत आसान बनाता है।

अम्ल वियोजन स्थिरांक, pKa, इस अभिक्रिया के लिए धातु आयन के आवेश-आकार अनुपात से लगभग रैखिक रूप से संबंधित है। कम आवेश वाले आयन, जैसे Na+ लगभग सूक्ष्म जल अपघटन के साथ बहुत कमजोर अम्ल होते हैं। बड़े द्विसंयोजक आयन जैसे Ca(2+), Zn(2+), Sn(2+) तथा Pb(2+) की pKa  6 या अधिक है और इसे सामान्य रूप से अम्ल के रूप में वर्गीकृत नहीं किया जाएगा, लेकिन छोटे द्विसंयोजक आयन जैसे Be(2+) व्यापक जल अपघटन से गुजरेगा। त्रिसंयोजक आयन जैसे Al(3+) तथा Fe(3+) दुर्बल अम्ल हैं जिनका pKa एसिटिक अम्ल के बराबर है। लवणों के घोल जैसे BeCl2 या Al(NO3)3 पानी में काफ़ी  अम्लीय  हैं;  नाइट्रिक अम्ल जैसे अम्ल को जोड़कर जल अपघटन ले चेटेलियर का सिद्धांत हो सकता है, जिससे विलयन अधिक अम्लीय हो जाता है।

जल अपघटन पहले चरण से आगे बढ़ सकता है, अधिकांशतः ओलेशन  की प्रक्रिया के माध्यम से पॉलीन्यूक्लियर प्रजातियों के गठन के साथ। कुछ विदेशी प्रजातियां जैसे Sn3(OH)4(2+) अच्छी तरह से विशेषता के पात्र हैं। जैसे-जैसे  pH बढ़ता है, जल अपघटन आगे बढ़ता है, अनेक स्थितियों में, हाइड्रॉक्साइड अवक्षेपण के लिए अग्रणी होता है जैसे Al(OH)3 या AlO(OH) । ये पदार्थ,  बाक्साइट  के प्रमुख घटक,  लेटराइट  के रूप में जाने जाते हैं और एल्यूमीनियम और लोहे के अतिरिक्त अधिकांश आयनों की चट्टानों से लीचिंग और शेष एल्यूमीनियम और लोहे के बाद के जल अपघटन से बनते हैं।

यांत्रिकी तकनीके
अम्ल-उत्प्रेरित स्थितियों के अंतर्गत, अतिरिक्त पानी के साथ उपचार द्वारा एसिटाल,  ईमींस और  एनामींस को वापस  कीटोन  में परिवर्तित किया जा सकता है: RO*OR\sH3O\sO; NR*H3O\sO; RNR\sH3O\sO.

यह भी देखें

 * एसिड हाइड्रोलिसिस
 * एडेनोसाइन ट्रायफ़ोस्फेट
 * क्षारीय हाइड्रोलिसिस (शरीर का निपटान)
 * अपचय
 * संघनन प्रतिक्रिया
 * निर्जलीकरण प्रतिक्रिया
 * हाइड्रोलिसिस स्थिरांक
 * अवरोधक प्रोटीन
 * पॉलिमर गिरावट
 * प्रोटियोलिसिस
 * साबुनीकरण
 * सोल-जेल प्रक्रिया#पोलीमराइजेशन|सोल-जेल पोलीमराइजेशन
 * सॉल्वोलिसिस
 * थर्मल हाइड्रोलिसिस