Електролит

Електролит е супстанца (киселина, база, сол) што произведува електрицитет кога е растворена во поларен растворувач, како што е водата. Ваквата способност е резултат на нивната дисоцијација на позитивно наелектризирани јони (катјони) и негативно наелектризирани јони (анјони). Понекогаш, јоните псотојат и во чистите супстанции (на пример, во натриум хлоридот). Во тој случај, поларните молекули од водата се собираат околу јоните од цврстата супстанца, ги разделуваат едени од други и потоа ги разнесуваат низ растворот. Во други случаи, поларните молекули од чистата супстанца (на пример, сулфурна киселина) најпрвин се јонизираат, а потоа јоните се оддалечуваат, т.е. доаѓа до дисоцијација.^[1] Растворениот електролит се раздвојува на катјони и анјони, кои рамномерно се распрскуваат низ растворувачот. На електрично ниво, таквиот раствор е неутрален. Ако електричен потенцијал е применет на таквиот раствор, катјоните на растворот се привлечени од електродата која има изобилство на електрони, додека анјоните се привлечени од електродата која има недостиг на електрони. Движењето на анјоните и катјоните во спротивни насоки низ растворот предизвикува течение на струја. Ова ги вклучува повеќето растворливи соли, киселини, ибази. Некои гасови, како хлороводород, под услов на висока температура или мал притисок може да функционираат како електролити. Елекролитните раствори исто така можат да се појават заради распаѓањето на некои биолошки (н.п., ДНК, полипептиди) и синтетички полимери (н.п., полистерин сулфонати), наречени „полиелекролити“ кои содржат електричен полнеж. Супстанца која се распрскува во јони низ расворот добива можност за спроводување на електрицитет. Натриум, калиум, хлор, калциум, магнезиум, и фосфат се примери за електролити, неформално познати како „лити“.

Во медицината, замена на елекролити е потребна кога пациентот подолго време има повраќање или дијареа, како одговор на напорната атлетичка активност. Комерцијални електролитни раствори се достапни, особено за болни деца (орален раствор за рехидратација) и за спортисти (спортски пијалаци). Следењето на електролитите е важно кај лекувањето на анорексија и булимија.

Потекло на поимот

Зборот електролит доаѓа од грчкиот збор lytós, што значи „може да се одврзе или да се олабави“.

Историја

Сванте Арениус

Сванте Арениус во својата дизертација од 1884 го изнел неговото објаснување за тоа дека цврстите кристални соли се дистанцираат во парни молекули со одреден полнеж кога се растворени, за што ја добил Нобеловата награда за хемија во 1903.^[2][3][4][5]

Неговото објаснување било дека кога се ормира растворот, солта се распаѓа во молеколи кои содржат полнеж, кои Мајкл Фарадеј ги нарекол "јони" години предтоа. Фарадеј верувал дека јоните се создавале за време на процесот на електролиза. Арниус предложил дека, дури и без течење на струја, растворите на соли содржат јони. Затоа рекол дека хемиските реакции во растворите се реакции меѓујони.^[3][4][5]

Создавање

Електролитските раствори обично се формираат кога сол е растворена во растворувачи како вода и поединечните делови на супстанцата се распаѓаат заради термодинамичките интеракции помеѓу растворувачот и молекулите, при „растворање“. На пример, кога кујнската сол (натриум хлорид), NaCl, е ставена во вода, солта (цврсто тело) се раствора во јони, според равенката на дисосијација

NaCl_(s) → Na⁺_(aq) + Cl⁻_(aq)

Исто така е можно супстанците да реагираат со вода, создавајќи јони. На пример, Јаглерод диоксид во форма на гас се раствора во вода за да создаде раствор кој содржи јони на хидрониум, карбонат, и јаглеродна киселина.

Стопените соли исто така можат да бидат електролити како, на пример, кога натриум хлорид е стопен, течноста спроведува електрицитет. Особено, јонските течности, кои се стопени соли со точки на топење под 100 °C,^[6] се вид на високо спроводливи не-водени електролити кои наоѓаат сè повеќе и повеќе примена кај топлински ќелии и акумулатори.^[7]

Електролитот како раство може да се опише како „концентриран“ ако има висока концентрација на јони, или „разреден“ ако има ниска концентрација Ако поголем дел од растворот се дисоцира за да создаде слободни јони, електролитот е силен; ако повеќето не се дисоцира, електролитот е слаб. Својствата на електролитите може да се експлоатираат користејќи електролиза за да се извадат елементи кои се составен дел and и соединенија кои ги содржи расворот.

Алкалните метали формираат хидроксиди кои се силни електролити со ограничена растворливост во вода, заради силното привлекување помеѓу нивните составни јони. Ова ја ограничува нивната примена на ситуации каде високата растворливост не е потребна.^[8]

Физиолошка важност

Во физиологијата, примарните јони кај електролитите се натриум (Na⁺), калиум (K⁺), калциум (Ca²⁺), магнезиум (Mg²⁺), хлор (Cl⁻), водороден фосфат (HPO₄²⁻), и водороден карбонат (HCO₃⁻). Симболите за полнеж плус (+) и минус (−) покажуваат дека супстанцата е од јонска природа и има нееднаква размена на електрони, заради дисоцијацијата. Нтриум е главниот електролит најден кај вонклеточните флуиди а калиум е главен кај клеточните електролити;^[9] двете учествуваат во рамнотежа на флуиди и контрола на крвниот притисок.^[10]

На сите повисоки форми на живот им е потребна рамнотежа на електролитите помеѓу клеточните и вонклеточните околини. Особено, одржувањето на точни осмотски јонски градиенти на електролити е важно. Таквите градиенти ја регулираат и влијаат на хидратацијата на телото како и крвен водороден показател, кои се критични за нервните и мускулните функции. Разни механизми постојат во живите видови кои ја чуваат концентрацијата на разлучни електролити под строга контрола.

И мускулното ткиво и невроните се сметаат за електрични ткива. Мускулите и електроните ссе активирани од електролитската активност помеѓу вонклеточни флуиди и клеточни флуиди. Електролитите можат да влезат или излезат од клеточната мембрана преку специјализирани белковински структури наречени "јонски канали". На пример, мускулната контракција зависи од присуството на калциум (Ca²⁺), натриум (Na⁺), и калиум (K⁺). Без доволно присуство на овие клучни електролити, мускулна слабост или тешки мускулни контакции можат да се случат.

Мерење

Мерењето на електролити е често изведувана дијагностичка процедура, изведувана со мерење на крвта со јоноселективни електроди или анализа на урина од медицински техничари. интерпретацијата на овие вредности е на некој начин безначајна без анализа на клиничка историја и е често невозможна без паралелно мерење на функцијата на бубрезите. Електролитите кои се најмерени се натриум и калиум. Нивоата на хлор се ретко мерени освен за толкувањата на артериски крвен гас, затоа што тие се поврзани со нивоата на натриум. Еден важен тест спроведуван на урина е тест за специфична гравитација за да се одрене присуство на неурамнотеженост на електролитите.

Рехидратација

Кај терапија на орална реехидратација, електролитните пијалаци кои содржат соли на натриум и калиум ги пополнуваат концентрациите на вода и електролити во телото по рехидратација заради тренинг, претерување со алкохол, дијафореза (многу потење), дијареа, повраќање, интоксикација или глад. Атлетите кои вежбаат на екстремни периоди (три или повеќе часа без престан, н.п. маратон или триатлон) кои не консумираат електролити ризикуваат дехидрирање (или хипонатермија).^[11]

Домашен електролитски пијалак може да се направи користејќи вода, шеќер и сол во прецизни пропорции.^[12] Предвреме направени препарати се исто така достапни комерцијално,^[13] и за користење во ветеринарството.

Електролитите можат да се пронајдат во овошни сокови, спортски пијалаци, млеко, јатки, и во многу овошја и зеленчуци (цели или во форма на сок) (н.п., компир, авокадо).

Електрохемија

Главна статија: електролиза

Кога електроди се ставени во електролит и принесена е волтажа, електролитот создава електрицитет. Сами електроните неможат да поминат низ електролит; затоа, хемиска реакција се случува кај катодата, обезбедувајќи му електрони на електролитот. Дрига реакција се случува кај анодата, консумурајќи ги електроните од електролитот. Како резултат, Негативен полнеж се формира кај електролитит околу катодата, и позитивен полнеж околу анодата. Јоните во електролитот ги неутрализираат овие полнежи, овозможувајќи им на електроните да течат и реакцијата да продолжи.

На пример, во раствор од обична кујнска сол (натриум хлорид, NaCl) и вода, реакцијата на катодата ќе биде

2H₂O + 2e⁻ → 2OH⁻ + H₂

и водороден гас ќе излезе на површината; реакцијата ќе биде

2NaCl → 2 Na⁺ + Cl₂ + 2e⁻

и хлорен гас ќе виде ослободен. Јоните на натриум со позитивен полнеж Na⁺ ќе реагираат накај катодата, хеутрализирајќи го негативниот полнеж на OH⁻ таму, и негативните јони на хидроксид OH⁻ ќе реагираат накај анодата, нетрализирајќи го позитивниот полнеж на Na⁺. Без јоните од електролитот, полнежите околу електродата би го успориле течењето на електроните; дифузија од H⁺ и OH⁻ низ вода до другата електрода зафаќа повеќе време од движењето на многу по распостранетите јони на сол. Електролитите се разединуваат во вода бидејќи молекулите на вода се диполи и тие се ориентираат на енергетски ефикасен начин да ги солвираат јоните.

Кај други системи, електродските реакции можат да ги вклучат металите од електродитекако и јоните на електролитите.

Електролитски спроводници се користат во електронските уреди каде хемиската реакција на ниво метал-електролит има корисни ефекти.

• Кај батериите, два материјала со различни електронски афинитети се користени како електроди; течењето на електроните од една електрода до другата надворешнотт на батеријата, додека внатре во батеријата колото е затворено од јоните на електролитот. Овде, реакциите на електродата ја претвораат хемиската енергија во електрична.^[14]
• Кај некои горивни ќелии, цврст електролит или спроводник на протони ги поврзува плочите електрично чувајќи го водородното и кислородното гориво раздвоено.^[15]
• Кај галванизациските резервоари, електролитот истовремено принесува метал врз објектот, и електрично го поврзува тој објект во струјниот круг.
• Кај фабричките мерачи, две мел парчиња жива ссе одвоени со мал простор кој содржи електролит, и, штом полнеж помине низ уредот, металот се распаѓа од едната страна и се галванизира од другата, предизвикувајќи малиот простор полека да се придвижи.
• Кај електролитски кондензатори хемискиот ефект е користен за да се произведе многу тенка диелектрична или инсулирачка облога, додека електролитскиот слој се однесува како кондензаторска плоча.
• Кај влагомерите влажноста на воздухот е чувствувана мерејќи ја кондуктивноста на речиси сув електролит.
• Жешко, омекнато стакло е електролитски спроводник, и некои производители на стакло г чуваат стаклото стопено принесувајќи му течение на струја.

Цврсти електролити

Цврстите електролити можат да се поделат во четири групи:

• Електролити во форма на гел - блиски се со течните електролити. Тие се всушност течности во флексибилна кристална структура. Разни адитиви се често применети за да се зголеми кондуктивноста на такви системи.^[14][16]
• Суво полимерни електролити - се разликуваат од течните и гел електролитите во смисла дека солта е растворена директно во цврста форма. Обично тоа е полимер со релаивно висока диелектрична константа (полиетен оксид, полиметил метакрилат, полиакрилонитрил, полифосфазени, сиолзани, итн.) и сол со ниска lattice енергија. за да се зголеми механичка сила и кондуктивност на такви електролити, многу често композити се користени, и инертна керамичка фаза е воведена. Има две поголеми класи на такви електролити: полимер-во-керамика, и керамика-во-полимер.^[17][18][19]
• Цврсто керамички електролити - јони мигрираат низ керамичката фаза низ недостатоците или отворите на браеова решетка. Исто така постојат и стаклено керамички електролити.
• Органско јонски пластични кристали - се вид на соли кои поседуваат мезофази (т.е. агрегатна состојба помеѓу течно и цврсто), каде движечките јони се ориентационо или вртежно распоредени додека нивните центри се наоѓаат на одредените места во кристалната структура.^[15] Исто имаат и повеќе форми на растројство заради една или повеќе цврсто–цврсто менувања на агрегатната состојба под точка на топење и затоа имааат својства на пластика и добра механичка флексибилност како и подобрен контакт електрода-електролит. На пример, протично органско јонски пластични кристали (POIPCи),^[15] кои се цврсти протични органски соли формирани од протонски трансфер од бронстед киселина до бронстед база и всушност се протонски јонски течности во стопена состојба, нашле примена како спроводници на протони за горивни ќелии. Пример е 1,2,4-триазолиум перфлуорбутансулфонат^[15] и имидазолиум метансулфонат.^[20]