elektrolit - Electrolyte

Bir elektrolit bir üreten bir maddedir elektriksel olarak iletken bir çözüm , bir içinde çözüldüğünde polar çözücü , su gibi. Çözünmüş elektrolit , çözücü içinde eşit olarak dağılan katyonlara ve anyonlara ayrılır . Elektriksel olarak, böyle bir çözüm nötrdür. Böyle bir çözeltiye bir elektrik potansiyeli uygulanırsa, çözeltinin katyonları elektron bolluğu olan elektrota çekilirken, anyonlar elektron eksikliği olan elektrota çekilir. Çözelti içinde anyonların ve katyonların zıt yönlerde hareketi bir akıma eşittir. Bu, çoğu çözünür tuzları , asitleri ve bazları içerir . Hidrojen klorür (HCl) gibi bazı gazlar, yüksek sıcaklık veya düşük basınç koşulları altında elektrolit olarak da işlev görebilir. Elektrolit çözeltileri ayrıca yüklü fonksiyonel gruplar içeren " polielektrolitler " olarak adlandırılan bazı biyolojik (örneğin DNA , polipeptitler ) ve sentetik polimerlerin (örneğin polistiren sülfonat ) çözünmesinden de kaynaklanabilir . Çözeltide iyonlarına ayrışan bir madde elektriği iletme kapasitesi kazanır. Sodyum , potasyum , klorür , kalsiyum , magnezyum ve fosfat elektrolit örnekleridir.

Tıpta, bir kişi uzun süreli kusma veya ishal olduğunda ve yorucu atletik aktiviteye yanıt olarak elektrolit replasmanı gerekir . Özellikle hasta çocuklar ( oral rehidrasyon solüsyonu, Suero Oral veya Pedialyte gibi ) ve sporcular ( spor içecekleri ) için ticari elektrolit solüsyonları mevcuttur . Anoreksi ve bulimia tedavisinde elektrolit takibi önemlidir .

etimoloji

Kelime elektrolit türetilmiştir Antik Yunanca ήλεκτρο- ( elektro -), elektrikle ilgili önek ve λυτός ( lytos ), yani "mümkün bağsız veya gevşemiş olması".

Tarih

1903'te Nobel Kimya Ödülü'nü aldığı sulu çözeltide elektrolit ayrışması kavramının babası Svante Arrhenius .

1884 tarihli tezinde Svante Arrhenius , katı kristal tuzların çözündüklerinde çift yüklü parçacıklara ayrıştığına ilişkin açıklamasını ortaya koydu ve bunun için 1903 Nobel Kimya Ödülü'nü kazandı. Arrhenius'un açıklaması, bir çözelti oluştururken tuzun, Michael Faraday'ın (1791-1867) yıllar önce " iyonlar " adını verdiği yüklü parçacıklara ayrıştığıydı . Faraday'ın inancı, iyonların elektroliz sürecinde üretildiğiydi . Arrhenius, elektrik akımı olmadığında bile tuz çözeltilerinin iyon içerdiğini öne sürdü. Böylece çözeltideki kimyasal reaksiyonların iyonlar arasındaki reaksiyonlar olduğunu öne sürdü.

oluşum

Elektrolit çözeltileri normalde, tuz su gibi bir çözücüye yerleştirildiğinde ve ayrı bileşenler, çözücü ile çözünen moleküller arasındaki termodinamik etkileşimler nedeniyle " çözülme " adı verilen bir işlemde ayrıştığında oluşur . Örneğin, sofra tuzu ( sodyum klorür ), NaCl, suya konulduğunda, tuz (katı), ayrışma reaksiyonuna göre bileşen iyonlarına çözünür.

NaCl (s) → Na + (sulu) + Cl - (sulu)

Maddelerin su ile reaksiyona girerek iyon üretmeleri de mümkündür. Örneğin, karbon dioksit gazı, hidronyum , karbonat ve hidrojen karbonat iyonları içeren bir çözelti üretmek için suda çözünür .

Örneğin, sodyum klorür eridiğinde sıvı elektriği ilettiğinden, erimiş tuzlar elektrolit de olabilir. Özellikle, 100 °C'nin altında erime noktalarına sahip erimiş tuzlar olan iyonik sıvılar, oldukça iletken bir susuz elektrolit türüdür ve bu nedenle yakıt pillerinde ve pillerde giderek daha fazla uygulama alanı bulmuştur.

Bir çözelti içindeki bir elektrolit, yüksek bir iyon konsantrasyonuna sahipse "konsantre" veya düşük bir konsantrasyona sahipse "seyreltilmiş" olarak tanımlanabilir. Çözünen maddenin yüksek bir oranı serbest iyonlar oluşturmak üzere ayrışırsa, elektrolit güçlüdür; Çözünen maddenin çoğu ayrışmazsa elektrolit zayıftır. Elektrolitlerin özellikleri, çözelti içinde bulunan bileşen elementleri ve bileşikleri çıkarmak için elektroliz kullanılarak kullanılabilir.

Alkali toprak metalleri, kurucu iyonları arasındaki güçlü çekim nedeniyle suda sınırlı çözünürlüğe sahip güçlü elektrolitler olan hidroksitler oluşturur. Bu, uygulamalarını yüksek çözünürlüğün gerekli olduğu durumlarla sınırlar.

2021'de araştırmacılar, elektrolitin "daha az iletken ortamlarda elektrokimyasal korozyon çalışmalarını büyük ölçüde kolaylaştırabileceğini" keşfettiler.

Fizyolojik önemi

Olarak fizyoloji , elektrolit birincil iyonlarıdır sodyum (Na + ), potasyum (K + ), kalsiyum (Ca + 2 ), magnezyum (Mg + 2 ), klorür (Cı - ), hidrojen fosfat (HPO 4 2- ), ve hidrojen karbonat (HCO 3 - ). Artı (+) ve eksi (-) elektrik yükü sembolleri, maddenin doğada iyonik olduğunu ve kimyasal ayrışmanın sonucu olarak dengesiz bir elektron dağılımına sahip olduğunu gösterir . Sodyum, hücre dışı sıvıda bulunan ana elektrolittir ve potasyum ana hücre içi elektrolittir; her ikisi de sıvı dengesi ve kan basıncı kontrolünde rol oynar .

Bilinen tüm çok hücreli yaşam formları, hücre içi ve hücre dışı ortamlar arasında ince ve karmaşık bir elektrolit dengesi gerektirir . Özellikle elektrolitlerin hassas ozmotik gradyanlarının korunması önemlidir. Bu tür gradyanlar , vücudun hidrasyonunu ve ayrıca kan pH'ını etkiler ve düzenler ve sinir ve kas fonksiyonu için kritik öneme sahiptir . Canlı türlerinde, farklı elektrolit konsantrasyonlarını sıkı kontrol altında tutan çeşitli mekanizmalar mevcuttur.

Hem kas dokusu hem de nöronlar vücudun elektrik dokuları olarak kabul edilir. Kas ve nöronlar arasındaki elektrolit aktivitesi tarafından aktive edilen hücre dışı sıvı ya da sıvı geçiş ve hücre içi sıvı . Elektrolitler, hücre zarına " iyon kanalları " adı verilen plazma zarına gömülü özel protein yapıları yoluyla girebilir veya çıkabilir . Örneğin kas kasılması kalsiyum (Ca 2+ ), sodyum (Na + ) ve potasyum (K + ) varlığına bağlıdır . Bu önemli elektrolitlerin yeterli seviyeleri olmadan, kas zayıflığı veya şiddetli kas kasılmaları meydana gelebilir.

Elektrolit dengesi, elektrolit içeren maddelerin ağızdan veya acil durumlarda damardan (IV) alınmasıyla korunur ve genel olarak böbreklerin fazla seviyeleri atması ile hormonlar tarafından düzenlenir . İnsanlarda elektrolit homeostazı , antidiüretik hormonlar , aldosteron ve paratiroid hormonları gibi hormonlar tarafından düzenlenir . Dehidrasyon ve aşırı hidrasyon gibi ciddi elektrolit bozuklukları kardiyak ve nörolojik komplikasyonlara yol açabilir ve bunlar hızla çözülmezlerse tıbbi bir acil durumla sonuçlanacaktır .

Ölçüm

Elektrolit ölçümü ile gerçekleştirilen bir sık gerçekleştirilen bir teşhis prosedürü, bir kan testi ile iyon seçici elektrotlar ya da idrar tahlili ile tıbbi teknoloji . Bu değerlerin yorumlanması klinik öykünün analizi olmadan bir şekilde anlamsızdır ve böbrek fonksiyonunun paralel ölçümleri olmadan çoğu zaman imkansızdır . En sık ölçülen elektrolitler sodyum ve potasyumdur. Doğal olarak sodyum seviyelerine bağlı olduklarından, arteriyel kan gazı yorumları dışında klorür seviyeleri nadiren ölçülür . İdrar üzerinde yapılan önemli bir test, elektrolit dengesizliğinin oluşumunu belirlemek için yapılan özgül ağırlık testidir .

rehidrasyon

Olarak ağızdan sıvı tedavisi , sodyum ve potasyum tuzlarını ihtiva eden elektrolit içecekler neden dehidrasyondan sonra vücudun su ve elektrolit konsantrasyonları doldurmak egzersiz , aşırı alkol tüketimi , terleme (aşırı terleme), ishal, kusma, zehirlenme veya açlık. Elektrolit tüketmeyen aşırı koşullarda (üç veya daha fazla saat sürekli, örneğin bir maraton veya triatlon ) egzersiz yapan sporcular dehidrasyon (veya hiponatremi ) riski taşırlar .

Su, şeker ve tuzun belirli oranlarda kullanılmasıyla ev yapımı bir elektrolit içeceği yapılabilir . Sodyum ve glikozun birlikte taşıma mekanizmasını kullanmak için glikozu (şeker) dahil etmek önemlidir . Hem insan hem de veteriner kullanımı için ticari müstahzarlar da mevcuttur.

Elektrolitler genellikle meyve sularında , spor içeceklerinde, sütte, kuruyemişlerde ve birçok meyve ve sebzede (bütün veya meyve suyu şeklinde) (örneğin patates, avokado ) bulunur.

elektrokimya

Zaman elektrotlar bir elektrolit içine yerleştirilir ve bir gerilim uygulandığında, elektrolit elektriği iletme. Yalnız elektronlar normalde elektrolitten geçemezler; bunun yerine, katotta elektrolite elektron sağlayan bir kimyasal reaksiyon meydana gelir . Anotta elektrolitten elektron tüketen başka bir reaksiyon meydana gelir . Sonuç olarak, katot çevresindeki elektrolitte negatif bir yük bulutu oluşur ve anot çevresinde pozitif bir yük oluşur. Elektrolitteki iyonlar bu yükleri nötralize ederek elektronların akmasını ve reaksiyonların devam etmesini sağlar.

Adi tuz çözeltisinden klor (Cl 2 ) ve sodyum hidroksit (NaOH) üreten elektrolitik hücre .

Örneğin, sudaki sıradan bir sofra tuzu (sodyum klorür, NaCl) çözeltisinde, katot reaksiyonu şöyle olacaktır:

2 H 2 O + 2e → 2OH + H 2

ve hidrojen gazı köpürecektir; anot reaksiyonu

2 NaCl → 2 Na + + Cl 2 + 2e

ve klor gazı, sodyum hipoklorit - ev tipi ağartıcı üretmek için sodyum ve hidroksil iyonları ile reaksiyona girdiği yerde çözeltiye salınacaktır . Pozitif yüklü sodyum iyonları, Na + , OH negatif yükünü nötralize katoda doğru reaksiyona girecek - vardır, ve negatif yüklü hidroksit iyonları OH - Na nin pozitif yükünü nötrleme, anoda doğru reaksiyona girecek + bulunmaktadır. Elektrolitten gelen iyonlar olmadan, elektrotun etrafındaki yükler devam eden elektron akışını yavaşlatır; H + ve OH - su yoluyla diğer elektrota difüzyonu , çok daha yaygın olan tuz iyonlarının hareketinden daha uzun sürer. Elektrolitler suda ayrışır çünkü su molekülleri dipoldür ve dipoller iyonları çözmek için enerjik olarak uygun bir şekilde yönlendirilir .

Diğer sistemlerde, elektrot reaksiyonları, elektrolitin iyonlarının yanı sıra elektrotların metallerini de içerebilir.

Elektrolitik iletkenler, metal-elektrolit ara yüzeyindeki kimyasal reaksiyonun faydalı etkiler sağladığı elektronik cihazlarda kullanılır.

  • Olarak pil , farklı elektron afinitelere sahip iki malzeme elektrot olarak kullanılır; Elektronlar pilin dışında bir elektrottan diğerine akarken, pilin içinde devre elektrolit iyonları tarafından kapatılır. Burada elektrot reaksiyonları kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür.
  • Bazı yakıt hücrelerinde , katı bir elektrolit veya proton iletkeni , hidrojen ve oksijen yakıt gazlarını ayrı tutarken plakaları elektriksel olarak birbirine bağlar.
  • Olarak galvanik tank, bir nesne üzerine eş zamanlı olarak elektrolit yatakları metal kaplanması için, ve elektrik olarak devrede bu nesneyi bağlanır.
  • Çalışma saati göstergelerinde, iki ince cıva sütunu elektrolitle dolu küçük bir boşlukla ayrılır ve yük cihazdan geçerken metal bir tarafta çözülür ve diğer tarafta plakalar çıkar ve görünür boşluğun yavaşça kapanmasına neden olur. birlikte hareket edin.
  • İçinde elektrolitik kapasitörler kimyasal etki, son derece ince üretmek için kullanılan dielektrik ya da yalıtım , kaplama, bir kondansatör plakası olarak elektrolit tabakası şekilde davranırken.
  • Bazı higrometrelerde havanın nemi neredeyse kuru bir elektrolitin iletkenliği ölçülerek algılanır.
  • Sıcak, yumuşatılmış cam elektrolitik bir iletkendir ve bazı cam üreticileri, içinden büyük bir akım geçirerek camı erimiş halde tutar.

katı elektrolitler

Katı elektrolitler çoğunlukla dört gruba ayrılabilir:

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar