در علم شیمی، الکترولیت (Electrolyte) به ماده حل شده یک محلول آبی گفته می شود که رسانایی الکتریکی آن بیشتر از آب خالص باشد. توجه داشته باشید که ماده حل شده مورد نظر در محلول به صورت یون می باشد. در واقع یک الکترولیت به طور جزئی یا کامل در آب یونیزه می شود. در ادامه این مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک به بررسی محلول الکترولیت پرداخته می شود. لطفا با ما همراه باشید.
تعریف الکترولیت شیمی یازدهم
همانطور که بیان شد، الکترولیت به مواد شیمیایی گفته می شود که دارای یون آزاد باشند. بنابراین این مواد در ترکیب با آب باعث هدایت جریان الکتریسیته خواهند شد. از رایج ترین الکترولیت ها می توان به محلول های یونی اشاره کرد. توجه داشته باشید که یون ها علاوه بر محلول های نمکی، در محلول های اسیدی و بازی نیز وجود دارند. از طرفی، همانطور که می دانید مواد شیمیایی حل شده کووالانسی در محلول تنها به شکل مولکولی می باشند، پس رسانایی حلال را زیاد نخواهند کرد. به این نوع از مواد شیمیایی، غیر الکترولیت می گویند. توجه داشته باشید که بیشتر مواد آلی (به جز اسيد ها يا بازهای آلی)، غيرالكتروليت می باشند مانند آب مقطر، اتانول، متانول، شكر، گليسيرين و غیره. همچنین محلول تركيبات نا قطبی مانند يد در آب يا يد در كربن تتراكلريد نیز غيرالكتروليت محسوب می شوند.
لازم به ذکر است که الکترولیت ها حتما نبایستی به شکل مایع باشند، در واقع به شکل جامد نیز وجود دارند. توجه داشته باشید که این محلول ها، در حقیقت چیزی به جز مواد معدنی مثل سدیم، پتاسیم، کلسیم و غیره نمی باشند. این مواد می توانند درون خون انسان یا هر مایع دیگری حل شوند. در واقع زمانیکه مواد معدنی ذکر شده در خون و یا هر مایع دیگری حل شوند، به ذرات کوچک تری که یون نامیده می شوند شکسته می شوند. در حقیقت این یون ها هستند که باعث هدایت الکتریکی در مایع می گردند. یون ها ذرات باردار دارای بار مثبت و منفی اند و به همین دلیل سبب تولید الکتریسیته در بدن انسان و همچنین باعث هادی بودن بدن انسان نسبت به الکتریسیته می شوند. به بیان دیگر، می توان گفت که الکترولیت ها باتری های بدن انسان و حیوانات اند.
انواع الکترولیت
الکترولیت ها به طور کلی به دو دسته تقسیم می شوند.
- الکترولیت های قوی : مواد شیمیایی که به شدت یونیزه شده باشند، در این دسته قرار می گیرند. به عنوان مثال اسید های قوی و نمک ها که در محلول های آبی به صورت کاملا یونی وجود دارند، از انواع الکترولیت های قوی محسوب می شوند. این مواد در محلول به طور کامل یونیزه شده و باعث حمل بار الکتریکی در محلول مورد نظر می شوند. در نتیجه سبب ایجاد جریان الکتریکی می گردند.
- الکترولیت های ضعیف : مواد شیمیایی که به طور کامل یونیزه نشوند، در این دسته قرار می گیرند. به عنوان مثال اسید و باز های ضعیف که در محلول های آبی به صورت کامل یونیزه نمی شوند، از انواع الکترولیت های ضعیف محسوب می شوند. به بیان دیگر، ترکیبات کووالانسی قطبی که در محلول آبی، به صورت ناقص تفکیک می شوند نیز در این دسته قرار می گیرند.
در جداول زیر الکترولیت های قوی و ضعیف آورده شده است.
| الکترولیت‌های قوی | ||
| اسید قوی | باز قوی | نمک های محلول |
| HCl | NaOH | NaCl |
| HBr | KOH | K۲CO۳ |
| HI | Ca(OH)۲ | MgSO۴ |
| HNO۳ | Ba(OH)۲ | Na۲SO۴ |
| H۲SO۴ | CuSO۴ | |
| HClO۴ | K۳{Fe(CN)۶ | |
| HClO۴ | KNO۳ | |
| الکترولیت‌های ضعیف | ||
| اسید ضعیف | باز ضعیف | نمک های کم محلول |
| CH۳COOH | NH۳ | AgCl |
| H۲CO۳ | NH۴OH | CaCO۳ |
| C۶H۸O۷ | Mg(OH)۲ | BaSO۴ |
| H۳PO۴ |
| HgCl۲ |
تشخيص الكتروليت قوی از الكتروليت ضعيف
يك راه تشخیص، از طريق ميزان رسانايی محلول آن الكتروليت می باشد. در واقع هر كدام از دو محلول مورد بررسی، رسانا تر باشند الكتروليت قوی تر خواهد بود. به عبارت دیگر، هرچه تعداد یون ها در محلول مورد نظر بیشتر باشد، رسانایی آن محلول نیز بیشتر است. برای تعیین هدایت الکتریکی یک محلول الکترولیتی، از اندازه گیری مقاومت محلول میان دو الکترود تیغه ای یا استوانه ای بهره می برند. این دو الکترود در فاصله معینی از هم قرار دارند. لازم به ذکر است که جهت جلوگیری از بروز فرآیند برقکافت (الکترولیز)، از ولتاژ متناوب استفاده می کنند. علاوه بر آن، در اثر تفكيك و حل شدن در آب، هر کدام از آنها که به طور كامل تفكيك شوند (در اثر تفكيك تعداد يون بيشتري در محلول تولید کنند)، الکترولیت قوی تری می باشد.
به عنوان مثال، از بین ترکیبات K۲SO۴، KNO۳ و NaCl کدام یک الکترولیت قوی تری است ؟ با توجه به معادلات تفکیک، مشخص می شود که پتاسیم سولفات، قویتر است زیرا تعداد یون بیشتری در آب ازاد می کند.
K۲SO۴ → ۲K+ + SO۴-۲
KNO۳ → K+ + NO۳–
NaCl → Na+ + Cl–
نقش الکترولیت‌ها در بدن انسان
الکترولیت ها برای بدن انسان بسیار مهم می باشند. این مواد در واقع دو کار اصلی در بدن انسان انجام می دهند، یکی مقدار آب موجود در بدن انسان را متعادل می کنند تا سلول ها بتوانند به درستی کار کنند، دیگر اینکه باعث تحریک عصب می گردند. همچنین این مواد، به عنوان کاتالیزور در بسیاری از واکنش های آنزیمی بدن انسان شرکت می کنند (مثلا در واکنش تبدیل پروتئین ها به آمینو اسید ها). در بدن انسان، مسئولیت تنظیم غلظت الکترولیت در خون بر عهده کلیه ها است. در واقع حذف الکترولیت اضافی در بدن و یا جایگزین کردن الکترولیت از دست رفته به دلیل فعالیت های روزانه از فعالیت های کلیه هاست.
زمانیکه انسان فعالیت بدنی سنگینی انجام می دهد، احساس خستگی خواهد کرد. زیرا در این حالت، بدن انسان الکترولیت از دست داده است. این الکترولیت از دست رفته بایستی به وسیله نوشیدنی های حاوی الکترولیت جایگزین گردد. حتی وقتی که عرق می کنید، همراه با آب، الکترولیت هایی همچون سدیم، پتاسیم، کلسیم، منیزیم، فسفات و کلر را نیز از دست می دهید. اگر این مواد معدنی جایگزین نشوند، می تواند منجر به کم آبی بدن شود.
تعریق زیاد در هوای گرم، کم آبی بدن و فعالیت بدنی مداوم از مهمترین ترین دلایل عدم تعادل الکترولیت های بدن می باشند. از جمله سایر دلایل می توان به بیماری هایی مثل جمع شدن خون در قلب، اختلالات کبدی، بیماری های کلیوی اشاره نمود. علاوه بر آن، برخی دارو ها همچون دارو های ادرار آور نیز که نمک و آب را از بدن خارج می کنند می توانند باعث بهم خوردن تعادل این مواد شوند.
لازم به ذکر است که دو علامت برجسته کمبود الکترولیت در بدن، پوست بی حال یا رنگ پوست تیره می باشد. از جمله علایمی که نشان می دهد بدن انسان دچار عدم تعادل الکترولیت شده است می توان به مواردی از قبیل سردرد، اسهال، استفراغ، حالت تهوع، یبوست، ناراحتی های معده، ضعف عمومی، احساس گزگز در بازو ها و پا ها، ضربان نا منظم و سریع قلب، گیجی، خستگی، اسپاسم یا گرفتگی عضلات، بی حسی، سردرگمی، تحریک پذیری، تشنج، تغییرات در فشار خون، اختلالات سیستم عصبی و اختلالات استخوانی اشاره کرد.
از این رو، در طول تمرینات ورزشی، آب باید به میزان کافی نوشیده شود. همچنین نوشیدنی های زیادی برای جایگزینی الکترولیت‌ها در بازار وجود دارند. غذا های غنی از پتاسیم همانند موز و غذا های شور و سالم مثل مغز ها برای جایگزینی سدیم در بدن مصرف کنید. توجه داشته باشید که در موارد شدید، از محلول های نمکی و پتاسیم داخل وریدی استفاده می شود.
الکترولیت به زبان ساده
مواد یونی همه الکترولیت هستند. یون ها زمانی تشکیل می شوند که مواد یونی حل شوند و در صورت حل شدن می توانند جریان ها را هدایت کنند (رسانایی). از آنجا که آنها می توانند جریانی را در هنگام مذاب (ذوب شدن) هدایت کنند. بسیاری از مولکول ها، از جمله اتانول و شکر، غیرالکترولیت هستند. الکترولیت ترکیبی است که الکتریسیته را به صورت آبی و مذاب هدایت می کند. الکترولیت ها به دلیل یون های موجود در محلول، جریان الکتریکی را هدایت می کنند. محلول آبی اسیدهای آلی، بازها و نمک هایی که رسانای الکتریسیته نیستند، در دسته الکترولیت ها قرار می گیرند. از سوی دیگر، برخی از ترکیبات که قادر به تفکیک نیستند به عنوان غیرالکترولیت شناخته می شوند.
الکترولیت های قوی توانایی تفکیک کامل را دارند، با توجه به این ویژگی، این ترکیبات یا مولکول ها در حالت مذاب (محلول) الکتریسیته را هدایت می کنند. این ترکیبات دارای فشار بخار کمتری نسبت به سایر الکترولیت ها هستند زیرا به راحتی تجزیه می شوند. NaCl یکی از رایج ترین نمونه های الکترولیت های قوی است زیرا اغلب در هدایت الکتریکی و بسیاری از آزمایش‌های دیگر استفاده می شود.
الکترولیت‌ها معمولاً بر حسب میلی‌گرم (میلی‌گرم) اندازه گیری می‌شوند. در بدن انسان مشابه روشی که الکتریسیته برای انتقال نیرو به خانه های ما استفاده می شود، بارهای الکتریکی که از الکترولیت ها دریافت می کنیم برای انتقال ترکیبات شیمیایی به داخل و خارج سلول ها برای شروع انقباض عضلانی استفاده می شود. همانطور که ورزش می کنید، حجم قابل توجهی از الکترولیت ها را از طریق عرق از دست می دهید و توانایی سلول برای حفظ تعادل الکترولیت مناسب را به خطر می اندازد. اگر به از دست دادن آنها ادامه دهید بدون اینکه دوباره آنها را دوباره پر کنید، آن وقت است که با مشکل مواجه می شوید.
