जलीय विश्लेषण

Not to be confused with Hydrogenolysis, Hydroxylation, or Water splitting.

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सामान्य जल अपघटन प्रतिक्रिया। (टू-वे यील्ड सिंबल एक संतुलन को इंगित करता है जिसमें जल अपघटन और संक्षेपण प्रतिक्रिया प्रतिवर्ती होती है।)

जल अपघटन (/haɪˈdrɒlɪsɪs/; from Ancient Greek hydro- 'water', and lysis 'to unbind') कोई भी रासायनिक प्रतिक्रिया है जिसमें पानी का एक अणु एक या अधिक रासायनिक बंधनों को तोड़ता है। इस शब्द का प्रयोग मोटे तौर पर प्रतिस्थापन प्रतिक्रिया , उन्मूलन प्रतिक्रिया और समाधान प्रतिक्रियाओं के लिए किया जाता है जिसमें पानी नाभिकस्नेही होता है।

जैविक जल अपघटन बायोमोलेक्यूल्स की दरार है जहां एक बड़े अणु को घटक भागों में अलग करने के लिए पानी के अणु का सेवन 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 saccharification के रूप में पहचाना जाता है। जल अपघटन प्रतिक्रियाएं संक्षेपण प्रतिक्रिया के विपरीत हो सकती हैं जिसमें दो अणु एक बड़े अणु में शामिल हो जाते हैं और एक पानी के अणु को बाहर निकाल देते हैं। इस प्रकार जल अपघटन पानी को टूटने के लिए जोड़ता है, जबकि संघनन पानी को हटाकर बनता है।

प्रकार

आमतौर पर 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 प्रतिक्रियाओं में, लक्ष्य अणु (या मूल अणु) का एक टुकड़ा हाइड्रोजन आयन प्राप्त करता है। यह यौगिक में एक रासायनिक बंधन को तोड़ता है।

लवण

एक सामान्य प्रकार का जल अपघटन तब होता है जब एक कमजोर एसिड या कमजोर आधार (या दोनों) का नमक (रसायन विज्ञान) पानी में घुल जाता है। हाइड्रोक्साइड और हाइड्रोनियम में पानी का स्व-आयनीकरण । नमक भी अपने घटक आयनों और धनायनों में अलग हो जाता है। उदाहरण के लिए, सोडियम एसीटेट पानी में सोडियम और एसीटेट आयनों में अलग हो जाता है। सोडियम आयन हीड्राकसीड आयनों के साथ बहुत कम प्रतिक्रिया करते हैं जबकि एसीटेट आयन हाइड्रोनियम आयनों के साथ मिलकर सिरका अम्ल बनाते हैं। इस मामले में शुद्ध परिणाम हाइड्रॉक्साइड आयनों की एक सापेक्ष अधिकता है, जो एक मूल समाधान (रसायन विज्ञान) प्रदान करता है।

मजबूत एसिड भी जल अपघटन से गुजरते हैं। उदाहरण के लिए, सल्फ्यूरिक एसिड को घोलना (H₂SO₄) पानी में जल अपघटन के साथ हाइड्रोनियम और बाइसल्फेट , सल्फ्यूरिक एसिड का संयुग्म एसिड देता है। इस तरह के जल अपघटन के दौरान क्या होता है, इसकी अधिक तकनीकी चर्चा के लिए ब्रोंस्टेड-लोरी एसिड-बेस सिद्धांत देखें।

एस्टर और एमाइड ्स

एसिड-बेस-उत्प्रेरित जल अपघटन बहुत आम हैं; एक उदाहरण एमाइड या एस्टर का जल अपघटन है। उनका जल अपघटन तब होता है जब न्यूक्लियोफाइल (एक नाभिक-मांगने वाला एजेंट, जैसे, पानी या हाइड्रॉक्सिल आयन) एस्टर या एमाइड के कार्बोनिल के कार्बन पर हमला करता है। एक जलीय आधार में, हाइड्रॉक्सिल आयन पानी जैसे ध्रुवीय अणुओं की तुलना में बेहतर न्यूक्लियोफाइल होते हैं। एसिड में, कार्बोनिल समूह प्रोटोनेट हो जाता है, और इससे न्यूक्लियोफिलिक हमला बहुत आसान हो जाता है। दोनों जल अपघटन के उत्पाद कार्बोज़ाइलिक तेजाब समूहों वाले यौगिक हैं।

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

इसके अलावा, जीवित प्रणालियों में, अधिकांश जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं (एटीपी जल अपघटन सहित) एंजाइम ों 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 बंधन के जल अपघटन के कारण पाचन में सहायता करता है) पर विचार कर सकता है। वे पेप्टाइड श्रृंखलाओं में आंतरिक पेप्टाइड बॉन्ड के जल अपघटन को उत्प्रेरित करते हैं, जैसा कि एक्सोपेप्टिडेज़ (एंजाइमों का एक अन्य वर्ग, जो टर्मिनल पेप्टाइड बॉन्ड के जल अपघटन को उत्प्रेरित करता है, एक समय में एक मुक्त अमीनो एसिड को मुक्त करता है) के विपरीत है।

हालांकि, 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 सबस्ट्रेट्स (प्रोटीन) के बीच आवश्यक संपर्क बनाए जाते हैं क्योंकि एंजाइम इस तरह से मोड़ता है कि एक दरार बन जाती है जिसमें सब्सट्रेट 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 बरकरार रखती है, और इसलिए जैविक प्रणाली सामान्य रूप से कार्य करना जारी रखती है।

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एक एमाइड के एसिड-उत्प्रेरित जल अपघटन के लिए तंत्र।

जल अपघटन पर, एक एमाइड एक कार्बोक्जिलिक एसिड और एक अमाइन या अमोनिया में परिवर्तित हो जाता है (जो एसिड की उपस्थिति में तुरंत अमोनियम लवण में परिवर्तित हो जाता है)। कार्बोक्जिलिक एसिड पर दो ऑक्सीजन समूहों में से एक पानी के अणु से प्राप्त होता है और एमाइन (या अमोनिया) हाइड्रोजन आयन प्राप्त करता है। पेप्टाइड बॉन्ड के जल अपघटन से एमिनो एसिड मिलता है।

कई पॉलियामाइड पॉलिमर जैसे नायलॉन 6,6 मजबूत एसिड की उपस्थिति में हाइड्रोलाइज करते हैं। प्रक्रिया depolymerization की ओर ले जाती है। इस कारण से नायलॉन उत्पाद अम्लीय पानी की थोड़ी मात्रा के संपर्क में आने पर फ्रैक्चर होने से विफल हो जाते हैं। पॉलिएस्टर भी इसी तरह के बहुलक क्षरण प्रतिक्रियाओं के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं। समस्या को पर्यावरणीय तनाव क्रैकिंग के रूप में जाना जाता है।

एटीपी

जल अपघटन ऊर्जा चयापचय और भंडारण से संबंधित है। सभी जीवित कोशिकाओं को दो मुख्य उद्देश्यों के लिए ऊर्जा की निरंतर आपूर्ति की आवश्यकता होती है: सूक्ष्म और मैक्रोमोलेक्यूल्स 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 प्रतिक्रियाओं के एक जटिल और लंबे अनुक्रम के माध्यम से, इसे एक विशेष ऊर्जा-भंडारण अणु, एडेनोसाइन ट्रायफ़ोस्फेट (एटीपी) में प्रसारित किया जाता है। एटीपी अणु में पायरोफॉस्फेट लिंकेज (दो फॉस्फेट इकाइयों के संयुक्त होने पर बनने वाले बंधन) होते हैं जो जरूरत पड़ने पर ऊर्जा छोड़ते हैं। एटीपी दो तरीकों से जल अपघटन से गुजर सकता है: सबसे पहले, प्रतिक्रिया के साथ टर्मिनल फॉस्फेट को हटाने से एडीनोसिन डाइफॉस्फेट (एडीपी) और अकार्बनिक फॉस्फेट बनता है:

<केम>एटीपी + एच2ओ -> एडीपी + पी_{i}</केम>

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

पॉलीसेकेराइड्स

File:Sucrose-inkscape.svg

सुक्रोज। ग्लाइकोसाइड बंधन को केंद्रीय ऑक्सीजन परमाणु द्वारा दर्शाया जाता है, जो दो मोनोसैकराइड इकाइयों को एक साथ रखता है।

मोनोसैकराइड को ग्लाइकोसिडिक बॉन्ड द्वारा एक साथ जोड़ा जा सकता है, जिसे जल अपघटन द्वारा साफ किया जा सकता है। दो, तीन, कई या कई मोनोसेकेराइड इस प्रकार क्रमशः डाईसैकराइड , ट्राइसेकेराइड , oligosaccharide या बहुशर्करा से जुड़े होते हैं। एंजाइम जो ग्लाइकोसिडिक बंध ों को हाइड्रोलाइज 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 चीनी पलटना के जल अपघटन के लिए किया जाता है। दूध में लैक्टोज के पाचन जल अपघटन के लिए लैक्टेज आवश्यक है; कई वयस्क मनुष्य दूध में लैक्टेज और लैक्टोज असहिष्णुता का उत्पादन नहीं करते हैं।

घुलनशील शर्करा के लिए पॉलीसेकेराइड के जल अपघटन को saccharification 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 हाइड्रोलाइज्ड किया जाता है और फिर सेलोबायोज को बीटा-ग्लुकोसिडेस द्वारा ग्लूकोज में हाइड्रोलाइज किया जाता है। गाय जैसे जुगाली करने वाले सेल्यूलोज को हाइड्रोलाइज करने में सक्षम होते हैं और फिर सेल्यूलोज पैदा करने वाले सहजीवन बैक्टीरिया के कारण ग्लूकोज।

धातु एक्वा आयन

Main article: जलीय विलयन में धातु आयन

धातु आयन लुईस एसिड 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−H एक संलग्न पानी के अणु का बंधन, एक प्रोटॉन की मुक्ति को अपेक्षाकृत आसान बनाता है।

अम्ल वियोजन स्थिरांक , pK_a, इस प्रतिक्रिया के लिए धातु आयन के चार्ज-टू-साइज अनुपात से कमोबेश रैखिक रूप से संबंधित है। कम शुल्क वाले आयन, जैसे Na⁺ लगभग अगोचर जल अपघटन के साथ बहुत कमजोर एसिड होते हैं। बड़े द्विसंयोजक आयन जैसे Ca²⁺, Zn²⁺, Sn²⁺ तथा Pb²⁺ एक पीके है_a 6 या अधिक के और सामान्य रूप से एसिड के रूप में वर्गीकृत नहीं किया जाएगा, लेकिन छोटे द्विसंयोजक आयन जैसे Be²⁺ व्यापक जल अपघटन से गुजरना। त्रिसंयोजक आयन जैसे Al³⁺ तथा Fe³⁺ दुर्बल अम्ल हैं जिनका pK_a एसिटिक एसिड के बराबर है। लवणों के घोल जैसे BeCl₂ या Al(NO₃)₃ पानी में काफ़ी अम्लीय हैं; नाइट्रिक एसिड जैसे एसिड को जोड़कर जल अपघटन ले चेटेलियर का सिद्धांत हो सकता है, जिससे समाधान अधिक अम्लीय हो जाता है।

जल अपघटन पहले चरण से आगे बढ़ सकता है, अक्सर ओलेशन की प्रक्रिया के माध्यम से पॉलीन्यूक्लियर प्रजातियों के गठन के साथ।कुछ विदेशी प्रजातियां जैसे Sn₃(OH)2+4 अच्छी तरह से विशेषता हैं। जैसे-जैसे पीएच बढ़ता है, जल अपघटन आगे बढ़ता है, कई मामलों में, हाइड्रॉक्साइड की वर्षा 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 अलावा 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−H₃O−O; NR·H₃O−O; RNR−H₃O−O.

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