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簡介
水解作用是一種化學過程，其中$\mathrm{H_{2}O}$用於破壞聚合物單元之間的連線，從而產生簡單的單體單元。在水解過程中，水分子通常會加入兩個分離的成分。
其中一部分將獲得𝐻+離子基團，而另一部分將獲得𝑂𝐻−離子基團。這就是水解發生的方式。它可用於分解食物材料的不同聚合物單元，如酸、脂肪、鹽、複雜碳水化合物、鹼和蛋白質。
什麼是水解？
水解反應會逆轉縮合過程。兩個分子結合形成一個更大的單元，產生一個$\mathrm{H_{2}O}$分子。因此，水解用於分解縮合物並釋放水。
水解一詞源於希臘語 hydro，意為水，和 lysis，意為分解或解開。在水解過程中，$\mathrm{H_{2}O}$分子與分子的兩個區域相連。一種物質的分子將獲得一個𝐻+離子，而另一種將獲得一個𝑂𝐻基團。水解過程主要用於將聚合物降解為單體。
所以，水解是指利用水來分離化合物的一種行為。$\mathrm{H_{2}O}$與另一種化學組分的反應會生成 2 種或更多種產物。例如，在$\mathrm{H_{2}O}$中溶解弱酸或弱鹼的鹽，或者在水中溶解硫酸，它能生成氫鎓和硫酸氫鹽絡合物。
水解過程的通式如下：
$$\mathrm{AB\:+\:H_{2}O\rightarrow\:AH\:+\:BOH}$$
鹽水解是什麼意思？
鹼與酸之間的相互作用會生成鹽，這稱為中和反應。當鹽與$\mathrm{H_{2}O}$結合時，它會電離並分離成陰離子與陽離子。鹽的陽離子與陰離子的相互作用稱為鹽水解。根據其水解反應，鹽被分為 3 種 −
中性鹽由強鹼與強酸的中和反應生成，結果生成中性鹽。它們被認為是中性的，因為鹽溶液中的鍵溶解在水中後不會斷裂；它們只是水合且不會水解。例如，氯化鈉。
鹼性鹽由弱酸與強鹼的中和反應生成。這會生成性質為鹼性的鹽。
酸性鹽是由弱鹼與強酸之間中和反應生成的。結果形成酸性鹽。當氯化銨與$\mathrm{H_{2}O}$反應時，它會解離成 𝐶𝑙− 離子與 𝑁𝐻+ 離子。
例如，當氟化鈉與$\mathrm{H_{2}O}$水解時，它會解離成強鹼與弱酸。
$$\mathrm{HF\:+\:NaOH\:\rightarrow\:NaF\:+\:H_{2}O}$$
$$\mathrm{HCl\:+\:NH_{3}\rightarrow\:NH_{4}Cl}$$
強鹼與強酸形成的鹽
由強酸與強鹼相互作用形成的鹽在性質上是中性的。陽離子與陰離子之間形成的鍵非常牢固，不會溶解在溶液中。連結在形成後，陰離子和陽離子的電子分佈狀態使得這兩個離子均達到最穩定的電子狀態。離子或靜電鍵會生成這些鹽，這些鹽不會在溶液中分解。這些鹽不能水解但可以水合。這些鹽稱為中性鹽或兩性鹽，因為它們沒有電荷。例如，氯化鈉。
弱酸與強鹼形成的鹽
帶正電的鹽由強鹼與弱酸的中和反應生成。這些鹽稱為鹼性鹽。在$\mathrm{H_{2}O}$中，這些鹽會迅速水解。例如，乙酸鈉鹽水解
$$\mathrm{CH_{3}COONa(aq)\rightarrow\:CH_{3}COO^{-}(aq)\:+\:Na^{+}(aq)}$$
所生成的醋酸根離子與$\mathrm{H_{2}O}$中的氫離子反應生成氫氧化根離子和乙酸。
$$\mathrm{CH_{3}COO^{-}(aq)\:+\:HOH\rightarrow\:CH_{3}COOH\:+\:OH^{-}(aq)}$$
乙酸在水中不電離，因為它是一種弱酸。但是，增加 𝑂𝐻− 離子會導致溶液變得更加鹼性。因此，這些鹽被稱為鹼性鹽。這些鹽的水溶液的 pH 值始終大於七。
弱鹼與強酸形成的鹽
由強酸和弱鹼的中和反應形成的鹽是酸性的。酸性鹽包括氯化銨。
$$\mathrm{NH_{4}Cl(aq)\rightarrow\:NH^{+}(aq)\:+\:Cl^{-}(aq)}$$
所生成的銨離子隨後與$\mathrm{H_{2}O}$分子中的氫氧根離子結合生成氫氧化銨。氫離子的形成導致溶液呈酸性。因此，這些鹽的水溶液呈酸性，pH 值小於七。
$$\mathrm{NH^{+}(aq)\:H_{2}O\:\Longleftrightarrow\:NH_{4}OH(aq)\:+\:H^{+}(aq)}$$
弱鹼與弱酸形成的鹽
根據所涉及酸和鹼的性質，弱鹼和弱酸的中和反應形成的鹽可能是微鹼性、微酸性或中性的。水解程度以及水的電離與溶液濃度無關。例如：醋酸銨。
$$\mathrm{CH_{3}COO^{-}\:+\:NH^{+}\:H_{2}O\:\Longleftrightarrow\:CH_{3}COOH\:+\:NH_{3}OH}$$
水解和水合這兩個術語有什麼區別？
| 水解作用 | 水合 |
|---|---|
| 它是透過分解$\mathrm{H_{2}O}$分子來切斷複雜鍵的過程。 | 它是向離子中新增水分子以形成水合鹽或水合離子的過程。 |
| 陰離子、陽離子或兩者與 $\mathrm{H_{2}O}$ 的相互作用會改變水的 pH 值。 | 溶劑分子圍繞著溶質分子。 |
| 在陰離子或陽離子改變水的 pH 值的化學反應中，要麼增加要麼減少。 | 在反應機理中，它保持不變。 |
| $\mathrm{Na_{2}CO_{3}\:+\:2H_{2}O\rightarrow\:2NaOH\:+\:H_{2}CO_{3}}$ | $\mathrm{K^{+}Cl^{-}\:+\:H_{2}O\rightarrow\:K^{+}\:+\:Cl^{-}}$ |
結論
任何水分子的化學過程破壞兩種物質之間 1 或多個化學鍵被稱為水解。水被用於分解人體中複雜的聚合物和成分，這是一個水解的突出例項。水是一種極性分子。其極性對於將電荷區分開正負離子非常重要。
常見問題
1.為什麼 $\mathrm{NaCl\:,\:KCl\:和\:KNO_{3}}$ 不水解？
它們不會發生水解，因為它們在分離的水性混合物中產生強鹼和強酸。
2.如何確定水溶液的方程式？
pH 值由酸的 pKa 和鹼的 pKb 決定。
$$\mathrm{pH\:=\:7\:+\:12(pKa\:-\:pKb)}$$
3.為什麼 $\mathrm{CaF_{2}}$ 很難水解？
$\mathrm{CaF_{2}}$ 很難水解，因為多價金屬離子是極小的離子氟化物，由於其較大的晶格能，在 𝐻2Ooo 中非常難以溶解。
4.在光合作用中，如何將 ATP 轉化為 ADP？
ATP 或三磷酸腺苷三磷酸是人體的重要能量來源，ATP 與水的相互作用將其分解成 ADP。這是一個重要的過程，發生在人體的代謝活動中。
5.從雙氫的化學反應性來說，解釋一下 𝐻 − 𝐻 鍵的高焓。
這是由於 H-H 鍵的原子尺寸小以及鍵長短。
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