No Image

Электролит что это такое

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
21 января 2020

Электролиты – растворы, имеющие в своем составе заряженные частицы, которые принимают участие в переносе зарядов между электродом и катодом. Могут быть сильными и слабыми. Процесс распада молекул на ионы называется электролитической диссоциацией. Неэлектролиты – водные растворы, в которые вещество перешло в виде молекул с сохранением первоначальной структуры. Все молекулы вещества в таких растворах окружены гидратными оболочками (молекулами воды) и не могут переносить электрический заряд.

Растворение кристалла поваренной соли

Как протекает электролитическая диссоциация

Вещества-электролиты устроены за счет ионных или ковалентных полярных связей.

Во время растворения происходит химическое воздействие вещества с молекулами воды, в результате чего оно распадается на электроны. Молекулы воды – активные диполи с двумя полюсами: положительным и отрицательным. Атомы водорода располагаются под углом 104,5°, за счет этого молекула воды приобретает угловую форму.

Вещества, имеющие ионную кристаллическую решетку, намного легче диссоциируют, они уже состоят из активных ионов, а диполи воды во время растворения только ориентируют их. Между диполями воды и ионами электролита возникают усилия взаимного притяжения, связи кристаллической решетки ослабевают и ионы покидают кристалл.

Последовательность процессов при диссоциации растворов с ионной связью

На первом этапе молекулы вещества ориентируются около диполей воды, далее происходит гидратация, а на завершающем этапе диссоциация.

Похожим образом диссоциируют электролиты, у которых молекулы строятся за счет ковалентных связей. Разница только в том, что диполи воды превращают ковалентные связи в ионные. При этом наблюдается такая последовательность процессов:

Электролитическая диссоциация полярной молекулы хлороводорода на гидратированные ионы

В растворах происходит хаотическое движение гидратированных ионов, они могут сталкиваться между собой и опять образовывать отдельные связи. Такой процесс называется ассоциацией.

Классификация электролитов

Все электролиты кроме ионов содержат молекулярные структуры, неспособные переносить разряд. Процентное содержание этих элементов оказывает прямое влияние на возможность проводить ток, параметр обозначается α и определяется по формуле:

Для вычисления берется отношение количества частиц, распавшихся на ионы к общему числу растворенных частиц. Степень распада определяется опытным путем, если она равняется нулю, то диссоциация полностью отсутствует, если равняется единице, то все вещества в электролите распались на ионы. С учетом химического состава электролиты имеют неодинаковую степень диссоциации, параметр зависит от природы и концентрации раствора, чем ниже концентрация, тем выше диссоциация. Согласно данным определениям все электролиты делятся на две группы.

  1. Слабые электролиты. Имеют очень незначительную степень диссоциации, химические элементы почти не распадаются на ионы. К таким электролитам относится большинство неорганических и некоторые органические кислоты. Слабые электролиты расщепляются на ионы обратимо, процессы диссоциации и ассоциации по интенсивности могут сравниваться, раствор очень плохо проводит электрический ток.

Способность к диссоциации зависит от нескольких факторов, слабые электролиты во многом определяются химическими и физическими особенностями вещества. Важное значение имеет химический состав растворителя.

  1. Сильные электролиты. Эти растворы в водных растворах интенсивно диссоциируют на ионы, сильные электролиты могут иметь степень диссоциации равную единице. К ним относятся почти весь перечень солей и многие кислоты неорганического происхождения. Сильные электролиты диссоциируют необратимо:

От каких факторов зависит степень диссоциации

  1. Природа растворителя. Степень диссоциации веществ увеличивается прямо пропорционально полярности. Чем больше полярность, тем выше активность имеют сильные электролиты.
  2. Температура во время подготовки раствора. Повышение температуры растворителя увеличивает активность ионов и их количество. Правда, при этом есть вероятность одновременного повышения ассимиляции. Процесс растворения веществ в растворителе должен непрерывно контролироваться, при обнаружении отклонений от заданных параметров немедленно вносятся корректировки.
  3. Концентрация химических веществ. Чем выше концентрация, тем больше вероятность, что после растворения образуются слабые электролиты.

График зависимости константы диссоциации от концентрации

Главные положения теории электролитической диссоциации Согласно существующей теории, электролитическая диссоциация позволяет растворам проводить электрический ток. В зависимости от этой способности они делятся на электролиты и неэлектролиты. Процесс распада веществ на ионы называется диссоциацией, положительно заряженные двигаются к катоду и называются катионами, негативно заряженные двигаются к аноду и называются анионами. Состав электролитов оказывает влияние на способность к диссоциации, технические нормы позволяют определять эту зависимость количественно.

С учетом получаемых после диссоциации ионов изменяется свойство электролитов. Вне зависимости от химического характера образуемых после диссоциации ионов, электролиты подразделяются на три большие классы:

1.Кислоты. В результате распада образуются анионы кислотного остатка и катионы водорода. Кислоты многоосновные могут преобразовываться по первой степени:

2. Основания. Электролиты, дисоциирующие на анионы гидроксогрупп и катионы металла.

3. Соли. Электролиты диссоциируют на анионы кислотного остатка и катионы металлов. Процесс происходит в одну ступень.

Химические свойства электролитов описываются при помощи химических уравнений и определяются свойствами образованных ионов. Для удаления вредных химических соединений, выделяемых в воздух во время диссоциации, используются химически нейтральные пластиковые воздуховоды.
Перспективы развития теории диссоциации На современном этапе развития теории ученые предпринимают попытки описать динамические и термодинамические свойства электролитов учитывая концепцию ионно-молекулярной структуры. Классическая теория считается примитивной, в ней ионы представляются как заряженные жесткие сферы. Главный недостаток традиционной теории – невозможность объяснить локальное снижение диэлектрической проницательности в первом приближении. Ряд растворителей поддается описанию физических свойств ступенчатой зависимостью, но протонные водные растворители имеют намного сложнее процессы релаксации.

Непримитивные модели, рассматривающие ионы в одинаковом масштабе, делятся на две группы:

  1. Первая. Жидкие фазы рассматриваются как максимально разупорядочные кристаллы, размеры не более пяти молекулярных диаметров.
  2. Вторая. Жидкости описываются как сильно неидеальные газы. Молекулы растворителя являются точными или обыкновенными диполями.
Читайте также:  Защитная пленка для лобового стекла

Зависимость диэлектрической проницаемости от расстояния между ионами

Неравновесные явления в растворах электролитов

Неравновесный распад объясняется несколькими физическими процессами.

  1. Миграцией и диффузией ионов. Обуславливается сравнительно большим количеством ионных перескоков за единицу времени в сравнении с иными направлениями.

Контакт двух растворов с различными показателями концентрации

  1. Эквивалентной и удельной электропроводностью. Электропроводность обеспечивается миграцией ионов, замеры выполняются таким способом, чтобы исключалось влияние градиента химического потенциала.

Принципиальная схема моста переменного тока во время измерения электропроводности

  1. Числом переноса. Определяется суммой электрической проворности аниона и катиона. Доля тока называется электрическим числом переноса.

Схема определения числа переноса

Перемещение ионов в среде электрического поля по статистике является усредненным процессом, ионы делают беспорядочные перескоки, а элегическое поле оказывает только определенное влияние, точно рассчитать силу и вероятность влияния невозможно. В связи с этим, аналогия диссоциации с обыкновенным поступательным движением твердых тел весьма приближенная, но она позволяет принимать правильные качественные выводы.

Вы когда-либо размышляли, открывая свой любимый спортивный напиток: «Что вообще представляют собой эти электролиты?» Мы все знаем, что они важны для гидратации организма, особенно если вы занимаетесь спортом, но почему это так? Разве они не являются всего лишь солями?

С точки зрения того, как функционируют наши тела, электролиты – это далеко не просто соли.

Ваше тело представляет собой сложную и тщательно сбалансированную систему, состоящую из клеток, тканей и жидкостей, сквозь которые почти каждую секунду проходит непостижимое количество электрических импульсов. А возможно это лишь потому, что в этих клетках, тканях и жидкостях поддерживается гомеостатическая среда, необходимая для того, чтобы электрические сигналы беспрепятственно достигали пункта назначения.

Ключевым фактором поддержания высокой проводимости электрических импульсов являются электролиты.

Что такое электролиты?

При растворении в жидкости, соли разделяются на составляющие их ионы, создавая электропроводящий раствор. Например, поваренная соль (NaCl), растворенная в воде, разделяется на положительно заряженные ионы натрия (Na+) и отрицательно заряженные ионы хлора (Cl-). Любая жидкость, которая проводит электричество, например, соленая вода, является электролитным раствором, а ионы соли, которые он содержит, называются электролитами.

В организме обнаружено несколько распространенных электролитов, каждый из которых выполняет определенную и важную роль, но большинство из них в некоторой степени отвечают за поддержание баланса жидкостей между внутриклеточной и межклеточной средой. Этот баланс критически важен для таких вещей, как гидратация, проводимость нервных импульсов, функционирование мышц и уровень рН.

Электролитный дисбаланс, неважно большой или маленький, может быть весьма вредным для вашего здоровья. Например, для сокращения мышц нужны кальций, калий и натрий. Дефицит этих минералов может привести к мышечной слабости или сильным судорогам. Слишком большое количество натрия, с другой стороны, может повысить кровяное давление и значительно увеличить риск развития сердечных заболеваний. К счастью, уровни электролитов в основном зависят от потребляемой вами пищи и воды, поэтому поддержание их баланса просто сводится к правильному питанию.

Давайте рассмотрим 7 основных электролитов, обнаруженных в организме человека, чтобы лучше понять, что каждый из них делает и почему это важно.

7 основных электролитов и их функции

Семью основными электролитами являются:
1. Натрий (Na +)
2. Хлор (Cl-)
3. Калий (K +)
4. Магний (Mg ++)
5. Кальций (Ca ++)
6. Фосфат (HPO4-)
7. Бикарбонат (HCO3-)

Натрий (Na+)

Натрий отвечает за контроль общего количества воды в организме. Он также важен для регулирования объема крови и поддержания функции мышц и нервов. Натрий является основным положительно заряженным ионом (катионом) в межклеточном пространстве вашего организма и главным образом содержится в крови, плазме и лимфе. Он необходим для поддержания электролитного баланса между внутриклеточной и межклеточной средой (натрий – в межклеточной жидкости, калий – внутри клеток).

Большая часть натрия поступает в организм в результате потребления поваренной соли. Минимальное количество натрия, необходимое для правильного функционирования организма – 500 мг в день, рекомендуемое количество – 2,3 г. Но современный человек обычно потребляет в среднем 3,4 г в день, а это уже чревато развитием гипертонии и повышением риска развития сердечных заболеваний.

Состояние, при котором в жидкостях тела наблюдается избыточный уровень натрия, называется гипернатриемией и развивается оно, как правило, в результате недостаточного количества воды в организме (обезвоживание). Это может привести к слабости и летаргии, а в тяжелых случаях к эпилептическим припадкам или коме.

Слишком низкий уровень натрия в организме вызывает состояние, называемое гипонатриемией, которое является наиболее распространенным расстройством электролитного баланса. Часто вызывается тяжелой диареей или рвотой, симптомы могут включать в себя головную боль, спутанность сознания, усталость, галлюцинации и мышечные спазмы.

Хлор (Cl-)

Основной отрицательно заряженный ион (анион), хлор содержится, главным образом, в межклеточной жидкости и тесно взаимодействует с натрием, чтобы поддерживать правильный баланс и давление в различных жидкостных отделах организма (кровь, внутриклеточная и межклеточная жидкость). Он также жизненно важен для поддержания правильного уровня кислотности в организме, пассивно уравновешивая положительные ионы в крови, тканях и органах.

Как и натрий, большую часть хлора вы получаете, потребляя соль.

Избыток хлора в организме (гиперхлоремия) и его дефицит (гипохлоремия) являются редкими состояниями, но могут возникать из-за дисбаланса других электролитов. Симптомы могут включать в себя затруднение дыхания и кислотно-щелочной дисбаланс.

Читайте также:  Допускаются ли исправления в птс

Калий (K+)

В то время как натрий в основном содержится вне клеток, калий является основным катионом внутри клеток и чрезвычайно важен для регулирования сердечного ритма и функционирования мышц. Совместно с натрием участвует в поддержании электролитного баланса и обеспечивает проводимость электрических импульсов между клетками.

Мясо, молоко, фрукты и овощи, как правило, являются хорошими источниками калия, но большинство взрослых людей не потребляют эти продукты в достаточном количестве. Правильный баланс между калием и натрием очень важен для поддержания нашего здоровья, но зачастую мы избегаем натуральных фруктов и овощей, содержащих много калия, и потребляем обработанные промышленным путем продукты, содержащие много натрия. Хуже всего то, что дисбаланс между калием и натрием может еще больше увеличить риск развития гипертонии, сердечных заболеваний и даже инсульта.

По большей части избыток калия в организме (гиперкалиемия) является довольно редким состоянием, но может быть смертельным, если быстро его не исправить, так как вызывает аритмию, паралич легких и остановку сердца. Фактически, гиперкалиемия настолько опасна, что именно в это состояние вводят осужденных на смертную казнь в Соединенных Штатах посредством инъекции раствора хлорида калия. Дефицит калия (гипокалиемия), с другой стороны, встречается гораздо чаще и вызывается потерей воды в результате сильной рвоты или диареи. Легкие случаи могут проявляться незначительными симптомами, такими как мышечная слабость и судороги, но тяжелые случаи могут быть столь же смертельны, как гиперкалиемия, и лечить их следует немедленно.

Магний (Mg++)

Магний является одним из самых недооцененных минералов в нашем питании. Он необходим не только для протекания более чем 300 биохимических реакций в организме, но также играет важную роль в синтезе как ДНК, так и РНК. Четвертый из наиболее распространенных минералов в организме человека, магний помогает поддерживать нормальное функционирование нервов и мышц, укрепляет иммунную систему, поддерживает стабильный сердечный ритм, стабилизирует уровень сахара в крови и необходим для образования костной ткани. Орехи, специи, листовая зелень, кофе и чай – все это, как правило, хорошие источники данного минерала.

Избыток магния в организме (гипермагниемия) является относительно редким состоянием, потому что организм очень эффективно справляется с удалением избытка данного минерала, что затрудняет потребление слишком большого его количества с пищей. Гипермагниемия может возникать в случае почечной недостаточности или злоупотребления пищевыми добавками с магнием, и может привести к тошноте, рвоте, нарушению дыхания или аритмии. Гипомагниемия (дефицит магния) чаще всего встречается у алкоголиков, потому что почки удаляют из организма до 260% больше магния, чем обычно, после употребления алкоголя, но это состояние также может быть вызвано простым недоеданием. Симптомы включают в себя усталость, судороги, спазмы и онемение мышц.

Кальций (Ca++)

Вероятно, вы уже знаете, что кальций необходим для образования костей и зубов, но вы можете не знать, что он также важен для передачи нервных импульсов, свертывания крови и сокращения мышц. Это самый распространенный минерал в вашем организме: около 99% всего кальция находится в костях скелета, но также он содержится в крови и других клетках тела (особенно в клетках мышц). Если в вашей крови недостаточно кальция, организм берет его из ваших костей, чтобы восполнить недостаток; если это происходит постоянно, то в конечном итоге может привести к остеопорозу.

Рекомендуемое потребление кальция составляет от 1000 до 1500 мг в день (для поддержания надлежащего уровня минерала в крови и предотвращения ослабления костей). Гиперкальциемия или избыток кальция в организме является довольно редким состоянием, но может возникать из-за чрезмерного потребления богатых кальцием продуктов, некоторых заболеваний костей или экстремального недостатка физической активности (например, при квадриплегии или параплегии). Симптомы могут включать в себя проблемы с пищеварением и тошноту в легких случаях. Экстремальные же случаи гиперкальциемии могут привести к дисфункции мозга, коме и даже смерти. Умеренные случаи гипокальциемии (недостаток кальция) могут не вызывать немедленных симптомов, но со временем это состояние может повлиять на мозг, приводя к бреду, потере памяти и депрессии; тяжелые случаи могут приводить к мышечным спазмам, судорогам и аритмии.

Фосфат (HPO4-)

Фосфор является вторым наиболее распространенным минералом после кальция в вашем организме и 85% его содержится в ваших костях в виде фосфата. Анионы фосфата тесно взаимодействуют с кальцием для укрепления костей и зубов, но также необходимы для производства энергии в клетках, роста и восстановления тканей, и являются основным строительным материалом для клеточных мембран и ДНК.

Большинство людей получают необходимое количество фосфора с пищей, но избыток фосфата (гиперфосфатемия) не является редкостью и обычно указывает на заболевание почек или дефицит кальция. Избыток фосфата в организме также связан с повышенным риском развития сердечно-сосудистых заболеваний. Гипофосфатемия (дефицит фосфата) распространен меньше и чаще всего встречается у алкоголиков и людей с болезнью Крона или целиакией. Симптомы гипофосфатемии включают в себя боль в суставах, ослабленные кости, усталость и нарушения дыхания.

Бикарбонат (HCO3-)

Наши тела полагаются на сложную систему буферизации для поддержания надлежащих уровней pH. Легкие регулируют количество углекислого газа в организме, большая часть которого соединяется с водой и превращается в угольную кислоту (H2CO3). Угольная кислота может быть быстро превращена в бикарбонат (HCO3-), который является ключевым компонентом буферизации рН.

Читайте также:  Как найти штраф по протоколу

Когда кислоты накапливаются в результате метаболических процессов или производства молочной кислоты в ваших мышцах, почки высвобождают бикарбонат (щелочной раствор) в вашу систему, чтобы противодействовать повышенной кислотности. Когда уровень кислотности становится более низким, почки уменьшают количество бикарбоната для повышения кислотности. В отсутствие этой системы, быстрые изменения баланса рН могли бы вызвать серьезные проблемы в организме, такие как повреждение центральной нервной системы. Этот бикарбонатный буфер является одной из главных причин, по которым наши тела могут поддерживать гомеостаз и функционировать должным образом.

Баланс электролитов

Итак, вот он – ваш звездный состав электролитов. Как видите, каждый из них играет важную роль в поддержании функционирования вашего тела, но важно отметить, что они действуют должным образом, лишь пребывая в состоянии очень специфического равновесия. Знать, какую функцию выполняют электролиты в вашем организме, важно потому, что большинство людей не понимают необходимости поддержания электролитного баланса. Нарушение баланса до уровня избытка или недостатка электролитов может иметь катастрофические последствия. Так, например, увеличение количества случаев гипертонии и сердечно-сосудистых заболеваний во всем мире можно объяснить прогрессирующими проявлениями дисбаланса натрия.

К счастью, теперь, когда вы знаете, что такое электролиты и как они должны быть сбалансированы, у вас есть простое решение – здоровое питание натуральными продуктами. В зимнее время можно подключить качественные мультивитамины с минералами в хелатной форме (лучше усваиваются).

Для тех, кто активно занимается спортом, уже давно придумали изотонические напитки, которые как раз и содержат необходимые нам минералы. Эти же самые напитки рекомендуется пить в туристических поездках в жаркие страны. Купить можно в любой аптеке в готовом виде или в порошке и добавлять в воду. Минеральная вода – тоже отличный вариант!

Это кажется таким легким, но это жизненно важно для поддержания здоровья организма. Позаботьтесь о своем теле, и оно позаботится о вас!

Диссоциация электролитов

К электролитам относятся вещества с ионной или сильнополярной ковалентной связью. Первые в виде ионов существуют еще до перевода их в растворенное или расплавленное состояние. К электролитам относятся соли, основания, кислоты.

Рис. 1. Таблица отличие электролитов от неэлектролитов.

Различают сильные и слабые электролиты. Сильные электролиты при растворении в воде полностью диссоциируют на ионы. К ним относятся: почти все растворимые соли, многие неорганические кислоты (например, H2SO4, HNO3, HCl), гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Слабые электролиты при растворении в воде незначительно диссоциируют на ионы. К ним относятся почти все органические кислоты, некоторые неорганические кислоты (например, H2CO3), многие гидроксиды (кроме гидроксидов щелочных и щелочноземельных металлов).

Рис. 2. Таблица сильные и слабые электролиты.

Вода также является слабым электролитом.

Как и другие химические реакции, электролитическую диссоциацию в растворах записывают в виде уравнений диссоциации. При этом для сильных электролитов рассматривают процесс как идущий необратимо, а для электролитов средней силы и слабых – как обратимый процесс.

Кислоты – это электролиты, диссоциация которых в водных растворах протекает с образованием ионов водорода в качестве катионов. Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато. Каждая следующая ступень идет все с большим и большим трудом, так как образующиеся ионы кислотных остатков являются более слабыми электролитами.

Основания – электролиты, диссоциирующие в водном растворе с образованием гидроксид-иона ОН- в качестве аниона. Образование гидроксид-иона является общим признаком оснований и обуславливает общие свойства сильных оснований: щелочной характер, горький вкус, мылкость на ощупь, реакцию на индикатор, нейтрализацию кислот и т. д.

Щелочи, даже малорастворимые (например, гидроксид бария Ba(OH)2) диссоциируют нацело, пример:

Соли – это электролиты, диссоциирующие в водном растворе с образованием катиона металла и кислотного остатка. Соли диссоциируют не ступенчато, а нацело:

Теория электролитической диссоциации

Электролиты – вещества, подвергающиеся в растворах или расплавах электролитической диссоциации и проводящие электрический ток за счет движения ионов.

Теория электролитической диссоциации (С. Аррениус, 1887) в современном понимании включает следующие положения:

  • электролиты при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на ионы – положительные (катионы) и отрицательные (анионы). Ионизация происходит легче всего для соединений с ионной связью (солей, щелочей), которые при растворении (эндотермический процесс разрушения кристаллической решетки) образуют гидратированные ионы.

Рис. 3. Схема электролитической диссоциации соли.

Гидратация ионов – экзотермический процесс. Соотношение затраты и выигрыша энергии определяет возможность ионизации в растворе. При растворении вещества с полярной ковалентной связью (например, хлороводород HCl) диполи воды ориентируются у соответствующих полюсов растворяемой молекулы, поляризую связь и превращая ее в ионную с последующей гидратацией ионов. Этот процесс является обратимым и может идти как полностью, так и частично.

  • гидратированные ионы устойчивы, беспорядочно передвигаются в растворе. Под действием электрического тока движение приобретает направленный характер: катионы движутся к отрицательному поясу (катоду), а анионы – к положительному (аноду).
  • диссоциация (ионизация) – обратимый процесс. Полнота ионизации зависит от природы электролита (соли щелочи диссоциируют практически нацело), его концентрации (с увеличением концентрации ионизация идет труднее), температуры (повышение температуры способствует диссоциации), природы растворителя (ионизация происходит только в полярном растворителе, в частности, в воде).

Что мы узнали?

Электролиты – это соли, кислоты, основания, способные проводить электрический ток. Электролиты бывают сильные и слабые. Также в статье приводится информация кратко о соединениях электролитов.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Автомобили
0 комментариев
No Image Автомобили
0 комментариев
No Image Автомобили
0 комментариев
Adblock detector