Електролит

Хлороалкална мембрана

У хемији, електролит је супстанца која садржи слободне јоне који је чине електричним проводником. Електролит се разлаже на јоне када је растопљен или растворен у растварачу.[1]

Са техничке стране гледишта, електролит је назив за сваку супстанцу која је способна да врши јонски пренос струје.[2] Електролити у овом другом смислу се често деле на течне и чврсте. Електролити у првом смислу се увек могу убројити у електролите у другом, док електролити у другом значењу нису увек и у првом .

Примери електролита

Примери електролита у првом смислу су нпр: водени раствори соли, киселина и база, као и њихови растопи. Ови електролити се деле на слабе и јаке, у зависности од степена дисоцијације:

  • јаки електролити, потпуно дисосују на јоне: хидроксиди литијума и натријума, киселине, нпр. HCl, HI, HBr, H2SO4, HNO3, HClO4, као и већина неорганских соли које се растварају у води (у изузетке спадају нпр. неке соли живе- Hg(CN)2, Hg2Cl2).
  • слаби електролити: само делимично дисосују на јоне - H2S, H2SO3, HNO2, CH3COOH.

Историја

Сванте Аренијус, отац концепта дисоцијације електролита у воденом раствору за који је добио Нобелову награду за хемију 1903.

У својој дисертацији из 1884, Сванте Аренијус је изнео своје објашњење чврстих кристалних соли које се распадају на упарене наелектрисане честице, за шта је добио Нобелову награду за хемију 1903.[3][4][5][6] Аррхениусово објашњење је било да се приликом формирања раствора со дисоцира на наелектрисане честице, чему је Мајкл Фарадеј (1791-1867) много година раније дао име „јони”. Фарадеј је сматрао да се јони производе у процесу електролизе. Аренијус је предложио да, чак и у одсуству електричне струје, раствори соли садрже јоне. Он је стога предложио да су хемијске реакције у раствору реакције између јона.[4][5][6]

Формирање

Раствори електролита се нормално формирају када се со стави у растварач, као што је вода, и појединачне компоненте се дисоцирају због термодинамичких интеракција између молекула растварача и растворене супстанце, у процесу који се назива „растварање”. На пример, када се кухињска со (натријум хлорид), NaCl, стави у воду, со (чврста супстанца) се раствара у своје компоненте јоне, у складу са реакцијом дисоцијације

NaCl(s) → Na+(aq) + Cl−(aq)

Такође је могуће да супстанце реагују са водом, производећи јоне. На пример, гас угљен-диоксид се раствара у води да би се добио раствор који садржи јоне хидронијума, карбоната и хидрогенкарбоната.

Растопљене соли такође могу бити електролити јер, на пример, када се натријум хлорид топи, течност проводи електричну струју. Посебно, јонске течности, које су растопљене соли са талиштем топљења испод 100 °C,[7] су врста високо проводљивих неводених електролита и стога су пронашле све већу примену у горивим ћелијама и батеријама.[8]

Електролит у раствору може се описати као „концентрован” ако има високу концентрацију јона или „разблажен” ако има ниску концентрацију. Ако велики део растворене супстанце дисоцира да би формирао слободне јоне, електролит је јак; ако већина растворене супстанце не дисоцира, електролит је слаб. Својства електролита могу се електролизом искористити за издвајање саставних елемената и једињења садржаних у раствору.

Земноалкални метали формирају хидроксиде који су јаки електролити са ограниченом растворљивошћу у води, због снажне привлачности између саставних јона. Ово ограничава њихову примену у ситуацијама у којима је потребна висока растворљивост.[9]

Године 2021. истраживачи су открили да електролит може „значајно олакшати студије електрохемијске корозије у мање проводљивим медијима”.[10]

Физиолошки значај

Види још: Електрохемијски градијент и неравнотежа воде и електролита

У физиологији, примарни јони електролита су натријум (Na+), калијум (K+), калцијум (Ca2+), магнезијум (Mg2+), хлорид (Cl−), хидрогенфосфат (HPO42−−) и хидрогенкарбонат (HCO3−).[11] Симболи електричног набоја плус (+) и минус (-) указују на то да је супстанца јонске природе и да има неуравнотежену расподелу електрона, резултат хемијске дисоцијације. Натријум је главни електролит који се налази у ванћелијској течности, а калијум је главни унутарћелијски електролит;[12] оба су укључена у равнотежу течности и контролу крвног притиска.[13]

Сви познати вишећелијски облици живота захтевају суптилну и сложену равнотежу електролита између унутарћелијског и ванћелијског окружења.[11] Посебно је важно одржавање прецизних осмотских градијената електролита. Такви градијенти утичу и регулишу хидратацију тела, као и pH крви, и критични су за функцију живаца и мишића. Код живих врста постоје различити механизми који држе концентрације различитих електролита под строгом контролом.

Рехидрација

У оралној рехидрационој терапији, електролитски напици који садрже соли натријума и калијума надокнађују телесну концентрацију воде и електролита након дехидрације изазване вежбањем, прекомерном конзумацијом алкохола, дијафорезом (обилно знојење), дијарејом, повраћањем, интоксикацијом или гладовањем. Спортисти који вежбају у екстремним условима (три или више сати непрекидно, на пример маратон или триатлон) који не конзумирају електролите ризикују дехидрацију (или хипонатремију).[14]

Домаће пиће од електролита може се направити употребом воде, шећера и соли у прецизним пропорцијама.[15] Важно је укључити глукозу (шећер) да би се искористио механизам котранспорта натријума и глукозе. Доступни су и комерцијални препарати[16] за хуману и ветеринарску употребу.

Чврсти електролити

Чврсти електролити се углавном могу поделити у четири групе:

Извори

  1. ^ Joyce LeFever Kee; Paulanka, Betty J.; Polek, Carolee (2009). Handbook of Fluid, Electrolyte and Acid Base Imbalances (3. изд.). Delmar Cengage Learning. ISBN 978-1-4354-5368-5. 
  2. ^ Sheng Shui ZhangCorresponding author contact information (2006). „A review on electrolyte additives for lithium-ion batteries”. Journal of Power Sources. 162 (2): 1379—1394. 
  3. ^ „The Nobel Prize in Chemistry 1903”. Приступљено 5. 1. 2017. 
  4. ^ а б Harris, William; Levey, Judith, ур. (1975). The New Columbia EncyclopediaНеопходна слободна регистрација (4th изд.). New York City: Columbia University. стр. 155. ISBN 978-0-231035-729. 
  5. ^ а б McHenry, Charles, ур. (1992). The New Encyclopædia Britannica. 1 (15 изд.). Chicago: Encyclopædia Britannica, Inc. стр. 587. Bibcode:1991neb..book.....G. ISBN 978-085-229553-3. 
  6. ^ а б Cillispie, Charles, ур. (1970). Dictionary of Scientific Biography (1 изд.). New York City: Charles Scribner's Sons. стр. 296—302. ISBN 978-0-684101-125. 
  7. ^ Shi, Jiahua (石家华); Sun, Xun (孙逊); Chunhe (杨春和), Yang; Gao, Qingyu (高青雨); Li, Yongfang (李永舫) (2002). „Archived copy” 离子液体研究进展 (PDF). 化学通报 (на језику: кинески) (4): 243. ISSN 0441-3776. Архивирано из оригинала (PDF) 2. 3. 2017. г. Приступљено 2017-03-01. 
  8. ^ Jiangshui Luo; Jin Hu; Wolfgang Saak; Rüdiger Beckhaus; Gunther Wittstock; Ivo F. J. Vankelecom; Carsten Agert; Olaf Conrad (2011). „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. 21 (28): 10426—10436. S2CID 94400312. doi:10.1039/C0JM04306K. 
  9. ^ Brown, Chemistry: The Central Science, 14th edition, pg. 680.
  10. ^ „Journal of Electroanalytical Chemistry | ScienceDirect.com by Elsevier”. www.sciencedirect.com (на језику: енглески). Приступљено 2021-10-04. 
  11. ^ а б Alfarouk, Khalid O.; Ahmed, Samrein B. M.; Ahmed, Ahmed; Elliott, Robert L.; Ibrahim, Muntaser E.; Ali, Heyam S.; Wales, Christian C.; Nourwali, Ibrahim; Aljarbou, Ahmed N.; Bashir, Adil H. H.; Alhoufie, Sari T. S.; Alqahtani, Saad Saeed; Cardone, Rosa A.; Fais, Stefano; Harguindey, Salvador; Reshkin, Stephan J. (7. 4. 2020). „The Interplay of Dysregulated pH and Electrolyte Imbalance in Cancer”. Cancers. 12 (4): 898. PMID 32272658. doi:10.3390/cancers12040898 Слободан приступ. 
  12. ^ Ye, Shenglong (叶胜龙); Tang, Zhaoyou (汤钊猷) (1986). 细胞膜钠泵及其临床意义. 上海医学 [Shanghai Medicine] (на језику: кинески) (1): 1. Архивирано из оригинала 03. 03. 2017. г. Приступљено 17. 10. 2021. 
  13. ^ Tu, Zhiquan (涂志全) (2004). 张定昌. 电解质紊乱对晚期肿瘤的治疗影响. 中华中西医杂志 [Chinese Magazine of Chinese and Western Medicine] (на језику: кинески) (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...” 
  14. ^ J, Estevez E; Baquero E; Mora-Rodriguez R (2008). „Anaerobic performance when rehydrating with water or commercially available sports drinks during prolonged exercise in the heat”. Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism. 33 (2): 290—298. PMID 18347684. doi:10.1139/H07-188. 
  15. ^ „Rehydration drinks”. Webmd.com. 2008-04-28. Архивирано из оригинала 2008-10-23. г. Приступљено 2018-12-25. 
  16. ^ „Oral Rehydration Salt Suppliers”. Rehydrate.org. 2014-10-07. Приступљено 2014-12-04. 
  17. ^ „The Roll-to-Roll Battery Revolution”. Ev World. Архивирано из оригинала 10. 7. 2011. г. Приступљено 2010-08-20. 
  18. ^ Syzdek J, Borkowska R, Perzyna K, Tarascon JM, Wieczorek W (2007). „Novel composite polymeric electrolytes with surface-modified inorganic fillers”. Journal of Power Sources. 173 (2): 712—720. Bibcode:2007JPS...173..712S. ISSN 0378-7753. doi:10.1016/j.jpowsour.2007.05.061. 
  19. ^ Syzdek J, Armand M, Marcinek M, Zalewska A, Żukowska G, Wieczorek W (2010). „Detailed studies on the fillers modification and their influence on composite, poly(oxyethylene)-based polymeric electrolytes”. Electrochimica Acta. 55 (4): 1314—1322. ISSN 0013-4686. doi:10.1016/j.electacta.2009.04.025. 
  20. ^ Syzdek J, Armand M, Gizowska M, Marcinek M, Sasim E, Szafran M, Wieczorek W (2009). „Ceramic-in-polymer versus polymer-in-ceramic polymeric electrolytes—A novel approach”. Journal of Power Sources. 194 (1): 66—72. Bibcode:2009JPS...194...66S. ISSN 0378-7753. doi:10.1016/j.jpowsour.2009.01.070. 
  21. ^ а б в Jiangshui Luo; Annemette H. Jensen; Neil R. Brooks; Jeroen Sniekers; Martin Knipper; David Aili; Qingfeng Li; Bram Vanroy; Michael Wübbenhorst; Feng Yan; Luc Van Meervelt; Zhigang Shao; Jianhua Fang; Zheng-Hong Luo; Dirk E. De Vos; Koen Binnemans; Jan Fransaer (2015). „1,2,4-Triazolium perfluorobutanesulfonate as an archetypal pure protic organic ionic plastic crystal electrolyte for all-solid-state fuel cells”. Energy & Environmental Science. 8 (4): 1276—1291. S2CID 84176511. doi:10.1039/C4EE02280G. 
  22. ^ Jiangshui Luo; Olaf Conrad; Ivo F. J. Vankelecom (2013). „Imidazolium methanesulfonate as a high temperature proton conductor”. Journal of Materials Chemistry A. 1 (6): 2238—2247. S2CID 96622511. doi:10.1039/C2TA00713D. 

Литература

  • Joyce LeFever Kee; Paulanka, Betty J.; Polek, Carolee (2009). Handbook of Fluid, Electrolyte and Acid Base Imbalances (3. изд.). Delmar Cengage Learning. ISBN 978-1-4354-5368-5. 
  • Kamil Perzyna; Regina Borkowska; Jaroslaw Syzdek; Aldona Zalewska; Wladyslaw Wieczorek (2011). „The effect of additive of Lewis acid type on lithium–gel electrolyte characteristics”. Electrochimica Acta. 57: 58—65. doi:10.1016/j.electacta.2011.06.014. 

Додатна литература

  • Friedman, Harold L. (1960). „Mayer's Ionic Solution Theory Applied to Electrolyte Mixtures”. The Journal of Chemical Physics. 32 (4): 1134—1149. Bibcode:1960JChPh..32.1134F. doi:10.1063/1.1730863. 
  • Leaist, Derek G.; Lyons, Philip A. (1981). „Multicomponent diffusion of electrolytes with incomplete dissociation. Diffusion in a buffer solution”. The Journal of Physical Chemistry. 85 (12): 1756—1762. doi:10.1021/j150612a033. 

Спољашње везе

Електролит на Викимедијиној остави.