Importancia biológica del proceso
En los sistemas biológicos, la hidrólisis desempeña un papel fundamental. Precisamente este proceso constituye la base de la digestión. Las macromoléculas complejas que se ingieren con los alimentos se someten a una escisión hidrolítica.
Por ejemplo, las proteínas se hidrolizan hasta aminoácidos, de los cuales existen al menos 20 tipos. Los monómeros resultantes se absorben en el torrente sanguíneo a través de las paredes del intestino delgado, proporcionando al organismo el material de construcción necesario. En química inorgánica, se suele estudiar la hidrólisis de sales, la cual obedece a estrictas regularidades.
Mecanismo de las reacciones según Lewis
Desde el punto de vista de la teoría de Lewis, cualquier sal representa una combinación de un catión (que actúa como ácido de Lewis) y un anión (base de Lewis).
- Comportamiento del catión: La partícula experimenta una deficiencia de electrones y posee orbitales libres. En solución acuosa, dicho catión forma un enlace con el dador de un par electrónico: el ion hidróxido ($OH^-$), que se desprende de la molécula de agua.
- Cambio del medio: La unión de los iones hidróxido provoca la acumulación de iones hidrógeno en exceso ($H^+$) en la solución. Esto condiciona un desplazamiento del pH hacia el lado ácido (el medio se vuelve ácido, $pH < 7$).
Los aniones de ácidos fuertes (por ejemplo, el ion cloruro $Cl^-$) no experimentan cambios al interactuar con el agua, ya que son restos de electrolitos fuertes y no forman moléculas en solución. En cambio, los aniones de ácidos débiles (por ejemplo, $CO_3^{2-}$) muestran propiedades básicas y se unen a un protón procedente del agua, aumentando la concentración de iones hidróxido y creando un medio alcalino.
Tipos principales de hidrólisis de sales
La dirección y el resultado de la reacción de intercambio dependen de los ácidos y bases a partir de los cuales se formó la sal original. Las observaciones muestran que, al añadir agua, no siempre se forman soluciones transparentes.
- Por el catión. Es característico de las sales formadas por una base débil y un ácido fuerte (por ejemplo, cloruro de aluminio $AlCl_3$ o sulfato de cobre $CuSO_4$). Transcurre de forma reversible, el tornasol se colorea de rojo debido al medio ácido.
- Por el anión. Se produce en soluciones de sales de base fuerte y ácido débil (carbonato de sodio $Na_2CO_3$). El proceso es reversible, se acumulan iones $OH^-$, el tornasol se vuelve azul (medio alcalino).
- Por ambos iones. Se observa en sales de base débil y ácido débil (acetato de cobre). Tanto el catión como el anión se unen activamente a los componentes del agua. El medio permanece cercano a la neutralidad, ya que no surge un exceso significativo de iones $H^+$ u $OH^-$, sin embargo, el grado de hidrólisis es máximo en este caso.
- Irreversible (total). Las sales formadas por cationes trivalentes y aniones de ácidos débiles volátiles (por ejemplo, sulfuro de aluminio $Al_2S_3$) se descomponen por completo. En los experimentos, esto se manifiesta por la formación de una mezcla turbia y el desprendimiento de un gas con olor a sulfuro de hidrógeno. El medio cambia insignificante (alrededor de $pH = 7$), puesto que los productos son electrolitos débiles.
Transcurso escalonado y grado de hidrólisis
Para la evaluación cuantitativa del proceso se utiliza el grado de hidrólisis ($h$): la relación entre el número de partículas que han reaccionado (o su concentración) y la cantidad inicial de sustancia.
Si la sal está formada por un catión policargado o un anión de un ácido poliprótico, la reacción transcurre por etapas. Al mismo tiempo, rige una regla importante: la primera etapa siempre predomina sobre las siguientes ($h_1 \gg h_2 \gg h_3$).
Ejemplo con el cloruro de aluminio: En la primera etapa se forma una sal básica y un ácido fuerte ($pH < 7$). La segunda etapa transcurre en un grado sumamente pequeño. Si la reacción hubiera llegado a la tercera etapa en un volumen significativo, se observaría la precipitación de hidróxido de aluminio insoluble, lo cual no ocurre en condiciones normales.
La actividad del proceso está directamente influenciada por la fuerza de los componentes iniciales: cuanto más fuerte sea el ácido o la base, menor será el grado de hidrólisis de su sal correspondiente.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué clases de macromoléculas, además de las proteínas, se someten a escisión hidrolítica durante el proceso de digestión?
En el proceso de digestión, además de las proteínas, se someten a escisión hidrolítica los carbohidratos, los lípidos y los ácidos nucleicos (ARN).
- Carbohidratos: son escindidos por la amilasa hasta disacáridos, así como por los complejos enzimáticos del borde en cepillo de los enterocitos (mediante la hidrólisis de enlaces glucosídicos).
- Lípidos y fosfolípidos: son escindidos por la lipasa y la fosfolipasa en ácidos grasos, monoglicéridos y diglicéridos.
- Ácidos nucleicos: las moléculas de ARN son escindidas por las ribonucleasas hasta nucleótidos.
¿Mediante qué fórmula se calcula la constante de hidrólisis de una sal?
Para una sal formada por un ácido débil y una base fuerte, se aplica la fórmula: Kг = Kw / Ka, donde Kw es el producto iónico del agua y Ka es la constante de disociación del ácido débil.
¿Por qué la segunda y subsiguientes etapas de hidrólisis de los iones policargados transcurren en un grado considerablemente menor que la primera?
La segunda y subsiguientes etapas de hidrólisis transcurren en un grado mucho menor debido a que en cada etapa posterior se forman compuestos con propiedades ácidas o básicas más pronosticadas. Rige la regla: cuanto más fuerte sea el ácido o la base, menor será el grado de hidrólisis del ion correspondiente. Por ejemplo, durante la hidrólisis de los carbonatos, en la primera etapa se forma el ion hidrogenocarbonato con propiedades ácidas muy débiles, y en la segunda, ácido carbónico, que es un ácido más fuerte, lo que suprime la hidrólisis posterior.
¿Cómo afecta el calentamiento de la solución al grado de hidrólisis de la sal?
El calentamiento de la solución aumenta el grado de hidrólisis de la sal, es decir, la hidrólisis se intensifica. En las fuentes se indica que el grado de hidrólisis aumenta al calentar; la hidrólisis se caracteriza por ser un proceso endotérmico.
¿De qué maneras se puede desplazar el equilibrio químico para suprimir el proceso de hidrólisis?
Para disminuir el grado de hidrólisis se puede:
- reducir la temperatura;
- aumentar la concentración de la sal;
- añadir álcali; la presencia de $OH^-$ desplaza el equilibrio hacia la sal de partida según el principio de Le Chatelier.
Para determinar el medio de una solución salina, busque al progenitor «fuerte»: si la sal está formada por un ácido fuerte, el medio es ácido; si es por una base fuerte, es alcalino.
Preguntas de clases y exámenes
¿Qué es el grado de hidrólisis?
Es una magnitud que muestra la fracción de sustancia que ha reaccionado con el agua. Es igual a la relación entre la concentración de la parte hidrolizada y la concentración inicial de la sal.
¿Por qué durante la hidrólisis total del sulfuro de aluminio el medio permanece neutro?
A pesar de la destrucción total de la sal inicial, los productos formados (hidróxido de aluminio y sulfuro de hidrógeno) son electrolitos muy débiles y no producen un exceso de protones o iones hidróxido.
¿Cómo influye la fuerza del ácido en la hidrólisis de sus sales?
Se observa una dependencia inversa: cuanto más fuerte es el ácido, menor es la capacidad de sus aniones para participar en la reacción de intercambio con el agua (en igualdad de condiciones).
Qué más repasar sobre el tema
- Formulación de ecuaciones iónicas y moleculares de la hidrólisis escalonada
- Especificidad de la hidrólisis de sales formadas por una base débil y un ácido débil
- Ejemplos de descomposición irreversible de sales de metales polivalentes
- Cálculo matemático del grado de hidrólisis a través de la cantidad de sustancia
- Dependencia de la hidrólisis respecto a la naturaleza de los cationes en la teoría de ácidos y bases de Lewis
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