Електролит

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на прегледникот Прејди на пребарувањето

Електролит е супстанца што произведува електрицитет кога е растворена во поларен растворувач, како што е водата. 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 водород хлорид, 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 пијалоци). Следењето на електролитите е важно кај лекувањето на анорексија и булимија.

Етимологија[уреди | уреди извор]

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

Историја[уреди | уреди извор]

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.[1][2][3][4]

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.[2][3][4]

Создавање[уреди | уреди извор]

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

NaCl(s) → Na+(aq) + Cl(aq)

Исто така е можно супстанците да реагираат со вода, креирајќи јони. На пример, Јаглерод диоксид во форма на гас се раствара 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 содиум хлорид е стопен, течноста спроведува електрицитет. Особено, јонските течности, кои се стопени соли со точки на топење под 100 °C,[5] се вид на високо спроводливи не-водени електролити кои наоѓаат се повеќе и повеќе примена applications in топлински ќелии и батерии.[6]

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.[7]

Физиолошка важност[уреди | уреди извор]

Во физиологијата, примарните јони кај електролитите се натриум (Na+), калиум (K+), калциум (Ca2+), магнезиум (Mg2+), хлорин (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;[8] двете учествуваат во рамнотежа на флуиди и контрола на крвниот притисок.[9]

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 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 протеински 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[уреди | уреди извор]

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[уреди | уреди извор]

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).[10]

Домашен електролитски пијалок може да се направи користејќи вода, шеќер и сол во прецизни пропорции.[11] Предвреме направени препарати се исто така достапни комерцијално,[12] 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[уреди | уреди извор]

Crystal Clear app xmag.svg 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 окулу 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 претвараат хемиската енергија во електрична.[13]
  • Кај некои горивни ќелии, цврст електролит или спроводник на протони ги поврзува плочите електрично чувајќи го водородното и кислородното гориво раздвоено.[14]
  • 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 хигрометарите 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[уреди | уреди извор]

Цврстите електролити можат да се поделат во четири групи:

  • „The Nobel Prize in Chemistry 1903“. https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1903/index.html. посет. 5 јануари 2017 г. 
  • 2,0 2,1 Harris, William; Levey, Judith, уред-ци (1975). The New Columbia Encyclopedia (4th издание). New York City: Columbia University. стр. 155. ISBN 0-231035-721. 
  • 3,0 3,1 McHenry, Charles, уред (1992). The New Encyclopædia Britannica. 1 (15 издание). Chicago: Encyclopædia Britannica, Inc.. стр. 587. ISBN 085-229553-7. 
  • 4,0 4,1 Cillispie, Charles, уред (1970). Dictionary of Scientific Biography (1 издание). New York City: Charles Scribner's Sons. стр. 296–302. ISBN 0-684101-122. 
  • 石家华; 孙逊; 杨春和; 高青雨; 李永舫. 离子液体研究进展 (на 中文). „化学通报“ (北京) (4): 243. ISSN 0441-3776. http://files.instrument.com.cn/FilesCenter/20100725/201072512514137980.pdf. посет. 1 март 2017 г. 
  • Jiangshui Luo; Jin Hu; Wolfgang Saak; Rüdiger Beckhaus; Gunther Wittstock; Ivo F. J. Vankelecom; Carsten Agert; Olaf Conrad. Protic ionic liquid and ionic melts prepared from methanesulfonic acid and 1H-1,2,4-triazole as high temperature PEMFC electrolytes. „Journal of Materials Chemistry“ том  21: 10426–10436. doi:10.1039/C0JM04306K. 
  • Brown, Chemistry: The Central Science, 14th edition, pg. 680.
  • 叶胜龙; 汤钊猷. 细胞膜钠泵及其临床意义 (на 中文). „上海医学“ (1): 1. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-SHYX198601021.htm. 
  • 涂志全. 电解质紊乱对晚期肿瘤的治疗影响 (на 中文). „中华中西医杂志“ (10). „在正常人体内,钠离子占细胞外液阳离子总量的92%,钾离子占细胞内液阳离子总量的98%左右。钠、钾离子的相对平衡,维持着整个细胞的功能和结构的完整。钠、钾是人体内最主要的电解质成分...“. 
  • J, Estevez E; Baquero E; Mora-Rodriguez R. Anaerobic performance when rehydrating with water or commercially available sports drinks during prolonged exercise in the heat. „Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism“ том  33 (2): 290–298. doi:10.1139/H07-188. PMID 18347684. 
  • „Rehydration drinks“. Webmd.com. 28 април 2008. http://www.webmd.com/hw/health_guide_atoz/str2254.asp?navbar=hw86827. посет. 20 август 2010 г. 
  • „Oral Rehydration Salt Suppliers“. Rehydrate.org. 7 октомври 2014. http://rehydrate.org/resources/suppliers.htm. посет. 4 декември 2014 г. 
  • 13,0 13,1 Kamil Perzyna; Regina Borkowska; Jaroslaw Syzdek; Aldona Zalewska; Wladyslaw Wieczorek. The effect of additive of Lewis acid type on lithium–gel electrolyte characteristics. „Electrochimica Acta“ том  57: 58–65. doi:10.1016/j.electacta.2011.06.014. 
  • 14,0 14,1 14,2 14,3 Jiangshui Luo; Annemette H. Jensen; Neil R. Brooks; Jeroen Sniekers; Martin Knipper; David Aili; Qingfeng Li; Bram Vanroy; и др.. 1,2,4-Triazolium perfluorobutanesulfonate as an archetypal pure protic organic ionic plastic crystal electrolyte for all-solid-state fuel cells. „Energy & Environmental Science“ том  8. doi:10.1039/C4EE02280G. http://orbit.dtu.dk/en/publications/124triazolium-perfluorobutanesulfonate-as-an-archetypal-pure-protic-organic-ionic-plastic-crystal-electrolyte-for-allsolidstate-fuel-cells(d5647472-6868-4873-ba5a-ddd28a3fe195).html. 
  • „The Roll-to-Roll Battery Revolution“. Ev World. http://www.evworld.com/article.cfm?storyid=933. посет. 20 август 2010 г. 
  • Novel composite polymeric electrolytes with surface-modified inorganic fillers. „Journal of Power Sources“ том  173 (2): 712–720. doi:10.1016/j.jpowsour.2007.05.061. ISSN 0378-7753. Bibcode2007JPS...173..712S. 
  • Detailed studies on the fillers modification and their influence on composite, poly(oxyethylene)-based polymeric electrolytes. „Electrochimica Acta“ том  55 (4): 1314–1322. doi:10.1016/j.electacta.2009.04.025. ISSN 0013-4686. 
  • Ceramic-in-polymer versus polymer-in-ceramic polymeric electrolytes—A novel approach. „Journal of Power Sources“ том  194 (1): 66–72. doi:10.1016/j.jpowsour.2009.01.070. ISSN 0378-7753. Bibcode2009JPS...194...66S. 
  • Jiangshui Luo; Olaf Conrad; Ivo F. J. Vankelecom. Imidazolium methanesulfonate as a high temperature proton conductor. „Journal of Materials Chemistry A“ том  1. doi:10.1039/C2TA00713D.