Что такое электролиты в современной химии

ЭЛЕКТРОЛИТЫ

Что такое электролиты в современной химии
статьи

ЭЛЕКТРОЛИТЫ, вещества, обладающие ионной проводимостью; их называют проводниками второго рода – прохождение тока через них сопровождается переносом вещества.

К электролитам относятся расплавы солей, оксидов или гидроксидов, а также (что встречается значительно чаще) растворы солей, кислот или оснований в полярных растворителях, например в воде. Известны и твердые электролиты.

Чтобы пропустить электрический ток через раствор электролита, в него опускают две металлические или угольные пластины – электроды – и соединяют их с полюсами источника постоянного тока. Положительный электрод называют анодом, отрицательный – катодом. Прохождение тока через электролит сопровождается химическими реакциями на электродах.

Так, на катоде, погруженном в расплав соли или оксида либо в раствор соли, обычно осаждается металл, входящий в состав электролита. На катоде, погруженном в водный раствор кислоты, основания либо соли щелочного или щелочноземельного металла, выделяется газообразный водород.

На аноде, изготовленном из инертного материала, например платины или угля, в водном растворе выделяется газообразный кислород, а в концентрированных водных растворах хлоридов или в расплавленных хлоридах – хлор. Цинковые, медные или кадмиевые аноды под действием электрического тока сами постепенно растворяются; газ в этом случае не образуется.

Законы Фарадея

Электролизом называют химические процессы, протекающие под действием электрического тока на электродах, погруженных в электролит.

Количество образовавшегося вещества связано с количеством электричества, пропущенного через электролит (сила тока ґ время), законами Фарадея: 1) количество вещества, образовавшегося на электроде при пропускании через электролит постоянного электрического тока, прямо пропорционально количеству пропущенного электричества, т.е.

силе тока и времени электролиза; 2) для разных электродных процессов при одинаковом количестве электричества, пропущенного через электролит, массы образовавшихся веществ пропорциональны их химическим эквивалентам.

(Эквивалентом элемента называется такое его количество, которое соединяется с 1 моль атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях, а эквивалентом сложного вещества называется такое его количество, которое взаимодействует без остатка с 1 экв. водорода или любого другого вещества. См. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ МАССА.)

Законы Фарадея справедливы как для растворов, так и для расплавов и применимы к обоим электродам. Количество электричества, необходимое для образования 1 экв. любого вещества, одинаково для всех веществ; оно равно 96 485 Кл и называется числом Фарадея или постоянной Фарадея (фундаментальная физическая константа). Эта закономерность широко применяется на практике.

Исходя из количества затраченного электричества, можно рассчитать массу или толщину металлического покрытия, образующегося при гальваностегии, и наоборот, задав толщину покрытия, можно оценить, какое количество электричества для этого потребуется. Законы Фарадея лежат в основе работы вольтметра и приборов, предназначенных для измерения силы постоянного тока. См.

также ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ; ЭЛЕКТРОХИМИЯ.

Ионы

В 1833 М.Фарадей предположил, что ток через электролит переносят электрически заряженные частицы – ионы.

Положительно заряженные ионы (например, ионы металлов и водорода), движущиеся через электролит по направлению к катоду, были названы катионами, а отрицательно заряженные, перемещающиеся к аноду, – анионами.

Предполагалось, что на электродах ионы теряют заряд, при этом на катоде из катионов образуются атомы металла или водорода, а на аноде из анионов – галогены или кислород.

Эти представления – с незначительными изменениями – считаются справедливыми и сегодня. Положительным ионом (катионом) называют атом или группу атомов, утративших один или несколько электронов, а отрицательным ионом (анионом) – атом или группу атомов с одним или более избыточным электроном.

На катоде катионы электролита приобретают недостающие электроны и нейтрализуют свой положительный заряд. Аналогично анионы отдают избыточные электроны, достигая анода. Если материал анода реакционноспособен, он может сам служить источником электронов, поскольку его атомы отдают электроны легче, чем анионы.

Образующиеся катионы переходят при этом в раствор.

Поскольку для осаждения или нейтрализации 1 экв. любого вещества требуется одно и то же количество электричества, очевидно, что заряд, переносимый ионами, содержащимися в 1 экв., одинаков для всех веществ.

Число эквивалентов в одном моле ионов равно валентности иона, поэтому число единичных зарядов (электронов), переносимых ионом, можно отождествить с его валентностью.

Таким образом, у одновалентного катиона (например, Na+, K+, Ag+) недостает одного электрона по сравнению с нейтральным атомом; этот катион переносит единичный положительный заряд.

У двухвалентного катиона (например, Ca2+, Zn2+, Cu2+) недостает двух электронов, он переносит два единичных положительных заряда и т.д. Единичный отрицательный заряд одновалентного аниона (Cl–, Br–) создается одним избыточным по отношению к нейтральному атому электроном.

Теория Аррениуса

Предположив, что электрический ток в электролитах переносят ионы, Фарадей ничего не сказал об их происхождении. Некоторые соображения по этому поводу были высказаны немецким физиком Р.Клаузиусом в 1857, а первое наиболее полное описание процесса образования ионов принадлежит шведскому физикохимику С.Аррениусу (1883–1897).

Аррениус предположил, что соли, кислоты и основания при растворении в подходящем растворителе (например, в воде) распадаются (диссоциируют) на ионы. Например, хлорид натрия NaCl диссоциирует на ионы натрия Na+ и хлора Cl–. Электрический ток в самом процессе диссоциации никак не участвует, он лишь направляет ионы к соответствующим электродам.

Теория электролитической диссоциации не только объясняет образование ионов в растворе, но и проливает свет на многие ранее непонятные явления. Так, в 1887 нидерландский физикохимик Я.

Вант-Гофф обнаружил, что температура замерзания растворов электролитов значительно ниже, а температура кипения намного выше, чем рассчитанные исходя из их молекулярных масс (см. также РАСТВОРЫ). Природа этих отклонений становится ясной, если учесть, что свойства разбавленных растворов зависят не от природы растворенных частиц, а от их числа.

При диссоциации из одной молекулы электролита образуются два и более иона, а число частиц в растворе становится гораздо больше, чем в случаях, когда электролитическая диссоциация по каким-то причинам не происходит.

Константа диссоциации

Согласно Аррениусу, степень диссоциации, т.е. доля молекул, распавшихся на ионы, возрастает по мере разбавления раствора. Предположив, что скорости перемещения ионов через электролит не зависят от концентрации раствора, и измерив электропроводность, Аррениус рассчитал степень диссоциации нескольких электролитов при разных концентрациях. В.

Оствальд в 1888 использовал этот метод для расчета концентрации свободных ионов и недиссоциированных молекул в растворе, а отсюда – константы равновесия (константы диссоциации) реакции диссоциации.

Обратимая диссоциация электролита CA на ионы C+ и A– описывается уравнением CA C+ + A–, а константа диссоциации равна K = [C+][A–]/[CA] (величины в квадратных скобках – концентрации). Последнее соотношение удовлетворительно описывает поведение только растворов слабых электролитов – слабых кислот и оснований. Сильные электролиты, т.е.

водные растворы сильных кислот, оснований и большинства солей, ведут себя иначе; оказалось, что фундаментальный постулат Аррениуса о постоянстве скоростей перемещения ионов и независимости их от концентрации неприменим к сильным электролитам.

Теория межионного взаимодействия

Согласно современным представлениям, основанным на теории валентности и данных по рентгеноструктурному анализу кристаллов, большинство солей ионизировано уже в твердом состоянии; при этом положительные и отрицательные ионы удерживаются вместе электростатическими силами. Когда соль растворяется (например, в воде), ионы притягивают к себе молекулы растворителя – сольватируются (или гидратируются, если растворитель – вода). Выделяющейся в процессе сольватации энергии достаточно для преодоления электростатических сил притяжения ионов, так что ионы в растворе отделяются друг от друга, т.е. происходит электролитическая диссоциация. Сильные электролиты, в частности галогениды и нитраты щелочных и щелочноземельных металлов, полностью ионизированы в растворе при всех приемлемых концентрациях.

Противоположно заряженные ионы в растворе притягиваются друг к другу, причем степень притяжения возрастает с увеличением концентрации, поскольку расстояние между ионами уменьшается. Диссоциация, особенно при высоких концентрациях, никогда не бывает полной. Здесь нужно остановиться на различии между диссоциацией и ионизацией.

Сильные электролиты (например, соль) в растворе полностью ионизированы фактически при всех концентрациях, но степень их диссоциации зависит от концентрации и становится достаточно высокой только в очень разбавленных растворах.

Слабые электролиты, напротив, ионизированы лишь частично, и степень ионизации у них очень мало отличается от степени диссоциации; это и подтверждают измерения электропроводности.

Теория Дебая – Хюккеля

Описанные выше представления составляют основу теории межионного взаимодействия электролитов. Вкратце суть ее состоит в следующем: электростатическое притяжение между ионами существует во всех электролитах, но в слабых электролитах, где число ионов относительно мало и поэтому они находятся далеко друг от друга, оно несущественно.

Таким образом, концепция межионного взаимодействия относится главным образом к сильным электролитам. В количественном виде эту концепцию представили П.Дебай и Э.Хюккель в 1923, и она называется теорией Дебая – Хюккеля.

Основная ее идея состоит в том, что вследствие электростатического притяжения между положительными и отрицательными ионами вблизи каждого иона находятся главным образом ионы противоположного знака, т.е. ион как бы окружен ионной атмосферой. Суммарный заряд этой атмосферы по абсолютной величине равен заряду центрального иона, но противоположен ему по знаку.

Тормозящее действие ионной атмосферы на передвижение ионов проявляется таким образом, что все свойства, зависящие от концентрации ионов (такие, как электрическая проводимость, осмотическое давление и т.д.), отвечают заниженной степени диссоциации – кажущейся степени диссоциации.

Для оценки состояния ионов в растворе пользуются понятием активности иона – его условной концентрации, соответственно которой он действует при химических реакциях: a = fC, где a – активность иона, C – его концентрация, f – коэффициент активности.

Значение f< 1 указывает на связывающее взаимодействие ионов; если f близок к единице, это говорит о слабом межионном взаимодействии. В очень разбавленных растворах действие межионных сил почти не проявляется. Применяя различные математические методы для описания свойств ионной атмосферы, во многом удалось объяснить поведение разбавленных растворов сильных электролитов. Поведение же их концентрированных растворов требует дальнейших исследований.

Источник: https://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/tehnologiya_i_promyshlennost/ELEKTROLITI.html

Электролит, понятие, свойства и виды

Что такое электролиты в современной химии

Электролит – вещество, которое проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы, что происходит в растворах и расплавах, или вследствие движения ионов в кристаллических решётках твёрдых электролитов.

Электролит (определение и понятие)

Электролитическая диссоциация (ионизация)

Виды электролитов: сильные и слабые электролиты

Электролит (определение и понятие):

Электролит – вещество, которое проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы, что происходит в растворах и расплавах, или вследствие движения ионов в кристаллических решётках твёрдых электролитов.

Электролиты – вещества, расплавы или растворы которых проводят электрический ток.

Электролиты – вещества, подвергающиеся в растворах или расплавах электролитической диссоциации и проводящие электрический ток за счет движения ионов. Таким образом, движение электрического тока в электролитах обусловлено ионной проводимостью.

Электролиты – это проводники второго рода, вещества, электропроводность которых обусловлена подвижностью положительно или отрицательно заряженных ионов.

К электролитам относятся вещества с ионной или сильнополярной ковалентной связью. К электролитам относятся растворы солей, оснований и кислот, а также вода. Кроме того, некоторые газы ведут себя как электролиты в условиях высокой температуры или низкого давления. Некоторые кристаллы (например, иодид серебра, диоксид циркония) также являются твердыми электролитами.

Соответственно неэлектролиты – вещества, расплавы и водные растворы которых не проводят электрический ток. К неэлектролитам относятся вещества с неполярной и малополярной ковалентной связью. К неэлектролитам относятся газы (двухатомные газы, благородные газы и др.), твердые вещества и органические вещества (спирты, эфиры, бензол, бензин, сахарозу и пр.).

Способность растворов или расплавов электролитов проводить электрический ток объясняется тем, что молекулы электролитов при растворении в воде или других растворителях (например, этаноле, жидком аммиаке, жидком сернистом ангидриде) либо при расплавлении распадаются на электрически положительно и отрицательно заряженные частицы — ионы. Величина заряда иона численно равна валентности атома или группы атомов, образующих ион.

Положительно заряженные ионы называют катионами, отрицательно заряженные – анионами. Катионы образуют атомы водорода Н+, металлов: К+, Na+, Са2+, Fe3+ и некоторые группы атомов, например группа аммония NH4+. Анионы образуют атомы и группы атомов, являющиеся кислотными остатками, например Cl—, NO3—, SO42—, CO32—.

Ионы могут состоять из одного атома – тогда они именуются простыми ионами (Na+, Mg2+, Аl3+ и т.д.) или из нескольких атомов – тогда они именуются сложными ионами (NО3—, SO42— , РО43—   и т.д.).

Электролитическая диссоциация (ионизация):

Процесс распада молекул в растворе или расплаве электролита на ионы называется электролитической диссоциацией (или ионизацией). Процесс диссоциации носит обратимый характер. Одновременно с процессами диссоциации в растворах или расплавах электролита протекают и процессы ассоциации ионов в молекулы.

При неизменных внешних условиях (температура, концентрация и др.) устанавливается динамическое равновесие между диссоциациями (распадами) и ассоциациями. Это означает, что определенное количество молекул электролита распадается на ионы и такое же количество молекул образуется вновь из ионов.

Поэтому в растворах или расплавах электролита всегда диссоциирована определённая доля молекул вещества.

Уравнение диссоциации молекулы электролита (КA) на катион (К+) и анион (А—) в общем виде записывается так:

КА ↔  K+ + A—.

Для конкретных химических соединений уравнение диссоциации выглядит следующим образом:

H ↔ H+ + NO3—,

Ba(OH)2 ↔ Ba2+ + 2OH—,

Na(NO3)2 ↔ Na2+ + 2NO3—.

Число положительных и отрицательных ионов электролита в растворе или расплаве может быть разным, но суммарный заряд катионов всегда равен суммарному заряду анионов, поэтому раствор (или расплав) в целом электрически нейтрален.

Процесс диссоциацииэлектролитов в воде легче всего происходит у соединений с ионной связью (солей, щелочей), которые при растворении образуют гидратированные ионы. Как правило, соединения с ионной связью (соли и щелочи) диссоциируют полностью.

Соединения с сильнополярной ковалентной связью диссоциируют частично.

При растворении вещества с сильнополярной ковалентной связью (например, хлороводород HCl) диполи воды ориентируются у соответствующих полюсов растворяемой молекулы, поляризую связь и превращая ее в ионную с последующей гидратацией ионов.

Гидратированные ионы устойчивы. Они беспорядочно передвигаются в растворе. Однако под действием электрического тока их движение приобретает направленный характер.

Растворы электролитов обладают способностью проводить электрический ток вследствие движения ионов.

Если в раствор или расплав электролита опустить электроды и на электроды подать электрический ток, то под действием  электрического тока ионы  приобретут  направленное движение: положительно заряженные ионы (катионы) будут двигаться  к катоду (отрицательному электроду), отрицательно  заряженные (анионы) – к аноду (положительному электроду).

Направленное  движение  ионов  происходит  в  результате  притяжения  их  противоположно заряженными электродами. Направленное движение катионов и анионов в растворе или расплаве электролита в противоположных направлениях равносильно электрическому току.

Для измерения количественной характеристики электролитической диссоциации введено понятие степень диссоциации.

Степень диссоциации (α) — это отношение числа молекул, диссоциировавших на ионы (n), к общему числу молекул (N) в растворе электролита.

α = n / N.

Степень диссоциации выражается в долях или процентах.

Степень диссоциации (т.е. полнота диссоциации) электролита зависит от многих факторов: от природы электролита, температуры, концентрации и вида растворителя.

Так, один и тот же электролит при разной температуре или при одинаковой температуре, но в разных растворителях, будет диссоциирован в разной степени. Так, диссоциация происходит только в полярном растворителе, в частности, в воде. Соли и щелочи диссоциируются полностью.

С увеличением концентрации ионизация электролита идет труднее, и наоборот. Повышение температуры способствует повышению степени диссоциации, и наоборот.

Мерой способности электролитов распадаться на ионы в растворах может служить константа электролитической диссоциации (константа ионизации) (Кд).

Константа диссоциации (Кд) – это отношение произведения концентрации диссоциированных ионов к концентрации недиссоциированных молекул электролита.

Константу диссоциации можно выразить уравнением:

Кд = (K+ ∙ A−) / KA.

где:

KA – концентрация недиссоциированного соединения в растворе;

K+ – концентрация катионов в растворе;

A− – концентрация анионов в растворе.

Константа диссоциации (Кд) показывает во сколько раз скорость диссоциации больше скорости ассоциации. Чем больше константа диссоциации, тем сильнее электролит. Константа диссоциации зависит от природы электролита и растворителя, температуры и не зависит от концентрации раствора.

Виды электролитов: сильные и слабые электролиты, солевые, кислотные и щелочные электролиты и пр.:

Исходя из степени диссоциации все электролиты делятся на две группы: сильные электролиты и слабые электролиты.

Сильные электролиты – электролиты, степень диссоциации которых в растворах равна единице (то есть диссоциируют полностью) и не зависит от концентрации раствора. Сюда относятся подавляющее большинство солей, щелочей, а также некоторые кислоты (сильные кислоты, такие как HCl, HBr, HI, HNO3, H2SO4).

Слабые электролиты – электролиты, степень диссоциации меньше единицы (то есть диссоциируют не полностью) и уменьшается с ростом концентрации. К ним относят воду, ряд кислот (слабые кислоты, такие как HF, HNO2, HCO3, HPO4, почти все органические кислоты), основания p-, d- и f-элементов, почти все малорастворимые в воде соли.

Необходимо иметь в виду, что между двумя указанными группами не существует чёткой границы: одно и то же вещество может в одном растворителе проявлять свойства сильного электролита, а в другом – слабого.

В зависимости от вида ионов, на которые распадается вещество при растворении в воде, различаются:

– электролиты без ионов Н+ и ОН— (солевые электролиты),

– электролиты с обилием ионов Н+ (кислотные электролиты),

– и электролиты с преобладанием ионов ОН— (щелочные электролиты).

В зависимости от вида растворителя электролиты делятся на водные электролиты и неводные электролиты. Отдельно выделяется особый вид электролитов – полиэлектролиты.

В зависимости от того, какое количество ионов образуется при диссоциации молекул электролита, электролиты подразделяются на:

симметричные электролиты. Симметричные электролиты – электролиты, при диссоциации молекул которого образуется равное число положительных и отрицательных ионов. Симметричными электролитами являются NaCl – 1,1-валентный электролит, HCl – 1,1-валентный электролит и CaSO4 – 2,2-валентный электролит;

несимметричные электролиты. Несимметричные электролиты – электролиты при диссоциации молекул которого образуется неравное число положительных и отрицательных ионов. Несимметричным электролитом является, например, H2SO4 – 1,2-валентный электролит.

В зависимости от природы электролита выделяются:

– соли. Соли, как электролиты, диссоциируют в водном растворе с образованием иона металла в качестве катиона и иона кислотного остатка в качестве аниона. Соли диссоциируют полностью.

Например, Na(NO3)2 ↔ Na2+ + 2NO3—.

– кислоты. Кислоты, как электролиты, диссоциируют в водном растворе с образованием иона водорода H+ в качестве катиона и иона кислотного остатка в качестве аниона. Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато. Причем каждая последующая ступень диссоциирует сложнее, т.к. образующиеся ионы кислотных остатков являются более слабыми электролитами.

Например, фосфорная кислота диссоциирует в три ступени, потому, что имеет 3 атома водорода:

H3РО4 ↔ H+ + H2РО4—,

H2РО4— ↔ H+ + HРО42—,

HРО42— ↔ H+ + РО43—.

Общая формула диссоциация для фосфорной кислоты будет выглядеть так:

H3РО4 ↔ H+ + H2РО43—.

– основания. Основания, как электролиты, диссоциируют в водном растворе с образованием гидроксид-иона ОН— в качестве аниона и иона металла в качестве катиона.

Например, NaOH ↔ Na+ + OH—. Основания диссоциируют полностью.

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

Еще технологии…

карта сайта

Источник: https://xn--80aaafltebbc3auk2aepkhr3ewjpa.xn--p1ai/elektrolit-ponyatie-svoystva-i-vidyi/

Электролиты – что это такое и почему они так важны?

Что такое электролиты в современной химии

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.

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.

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!

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5b10ea2fa936f4e544b85f05/5be4a0a30a47b500aaaff5f4

Электролиты: свойства и классификации

Что такое электролиты в современной химии

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 диссоциацииСогласно 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 диссоциацииНа 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.

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.

Источник: https://plast-product.ru/elektrolityi/

Интересные факты
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: