الکترولیت ها موادی هستند که وقتی در یک حلال قطبی مانند آب حل می شوند، یک محلول رسانای الکتریکی تولید می کنند. آنها را می توان بر اساس توانایی آنها در تجزیه به یون های محلول به الکترولیت های قوی و ضعیف تقسیم کرد. الکترولیت ها برای بسیاری از فرآیندهای فیزیولوژیکی ضروری هستند و همچنین در کاربردهای مختلف صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.
هنگامی که الکترولیت ها در آب حل می شوند، به کاتیون ها (یون های با بار مثبت) و آنیون ها (یون های با بار منفی) جدا می شوند. این فرآیند به عنوان تجزیه شناخته می شود. توانایی محلول در رسانایی الکتریسیته به دلیل حرکت این یونها است که حامل بارهای الکتریکی هستند.
نمونه هایی از الکترولیت ها عبارتند از کلرید سدیم (NaCl)، کلرید پتاسیم (KCl) و سولفات منیزیم (MgSO 4 ). از سوی دیگر، غیرالکترولیت ها در محلول به یون ها تجزیه نمی شوند و در نتیجه رسانای الکتریسیته نیستند. نمونه هایی از غیر الکترولیت ها عبارتند از قند (ساکارز) و اتانول.
الکترولیت‌های قوی تقریباً به طور کامل به یون‌های موجود در محلول تجزیه می‌شوند و غلظت بالایی از یونها را تولید می‌کنند که منجر به محلولی با هدایت الکتریکی بالا می‌شود. نمونه هایی از الکترولیت های قوی عبارتند از: اسید کلریدریک (HCl)، هیدروکسید سدیم (NaOH) و نیترات پتاسیم (KNO 3 ).
از سوی دیگر، الکترولیت‌های ضعیف فقط تا حدی در محلول تجزیه می‌شوند. این تفکیک جزئی منجر به غلظت کمتر یون ها و در نتیجه هدایت الکتریکی کمتر نسبت به الکترولیت های قوی می شود. اسید استیک (CH 3 COOH) و هیدروکسید آمونیوم (NH 4 OH) نمونه هایی از الکترولیت های ضعیف هستند.
تفکیک الکترولیت ها در محلول را می توان با معادلات شیمیایی نشان داد. به عنوان مثال، تفکیک کلرید سدیم در آب را می توان به صورت زیر نشان داد:
\( \textrm{NaCl} \rightarrow \textrm{Na}^{+} + \textrm{Cl}^{-} \)به طور مشابه، تفکیک اسید استیک، یک الکترولیت ضعیف، می تواند تا حدی به صورت زیر نمایش داده شود:
\( \textrm{CH}_3\textrm{COOH} \rightleftharpoons \textrm{CH}_3\textrm{COO}^{-} + \textrm{اچ}^{+} \)پیکان دو نشان می دهد که واکنش برگشت پذیر است، به این معنی که همه مولکول های اسید استیک تجزیه نمی شوند.
الکترولیت ها برای چندین عملکرد بدن ضروری هستند. به عنوان مثال، آنها به تنظیم عملکرد عصب و ماهیچه، آبرسانی به بدن، تعادل اسیدیته و فشار خون و بازسازی بافت های آسیب دیده کمک می کنند. سدیم، پتاسیم، کلسیم و منیزیم الکترولیت های کلیدی لازم برای عملکردهای بدن هستند.
در کاربردهای صنعتی، الکترولیت‌ها در باتری‌ها استفاده می‌شوند، جایی که آنها به عنوان واسطه‌ای برای انتقال یونها از یک الکترود به الکترود دیگر عمل می‌کنند. این انتقال یون برای تولید انرژی الکتریکی ضروری است.
رسانایی الکتریکی محلول الکترولیتی به غلظت یون ها بستگی دارد که به نوبه خود به درجه تفکیک الکترولیت بستگی دارد. برای تعیین غلظت محلول الکترولیت می توان از اندازه گیری رسانایی استفاده کرد.
در یک راه اندازی معمولی، یک ولتاژ AC در سراسر الکترودهای غوطه ور در محلول الکترولیت اعمال می شود. جریان الکتریکی حاصل اندازه گیری می شود که با رسانایی محلول نسبت مستقیم دارد. رسانایی در محلول های الکترولیت های قوی به دلیل غلظت یون بالاتر آنها بیشتر است.
فراتر از کاربردهای فیزیولوژیکی و باتری، الکترولیت ها در آبکاری، الکترولیز برای تولید مواد شیمیایی و به عنوان بخشی از محلول های خنک کننده و روان کننده در فرآیندهای مختلف تولید نیز استفاده می شوند.
در مراقبت های بهداشتی، تعادل الکترولیت یک جنبه حیاتی از مراقبت از بیمار است، به ویژه در شرایطی مانند کم آبی، نارسایی کلیوی، یا عدم تعادل الکترولیتی مانند هیپرکالمی (سطح پتاسیم بالا) یا هیپوناترمی (سطح کم سدیم). نظارت و تنظیم سطوح الکترولیت یک عمل رایج در این سناریوها است.
الکترولیت ها در بسیاری از غذاها و نوشیدنی هایی که مصرف می کنیم وجود دارند. به عنوان مثال، موز به دلیل محتوای بالای پتاسیم شناخته شده است، در حالی که نمک خوراکی منبع اصلی سدیم است. نوشیدنی‌های ورزشی اغلب حاوی الکترولیت‌های اضافه‌شده مانند سدیم و پتاسیم هستند تا به جبران آنهایی که از طریق تعریق در طول ورزش شدید از دست می‌روند، کمک کنند.
درک نقش الکترولیت ها در بدن همچنین می تواند در انتخاب رژیم غذایی که از تعادل الکترولیت پشتیبانی می کند، کمک کند، که برای حفظ سلامت و تندرستی مطلوب ضروری است.
یک آزمایش ساده برای درک مفهوم الکترولیت ها و توانایی آنها در هدایت الکتریسیته شامل یک لامپ، یک باتری، دو سیم و محلولی از آب مخلوط شده با نمک خوراکی (کلرید سدیم) به عنوان الکترولیت است.
با اتصال باتری با سیم به لامپ و سپس فرو بردن انتهای سیم ها در محلول آب شور، برق از مدار عبور می کند و لامپ را روشن می کند. جایگزینی محلول آب شور با آب مقطر (که فاقد یون های آزاد است) باعث روشن نشدن لامپ می شود و نشان می دهد که یون های موجود در محلول الکترولیت برای جریان الکتریسیته ضروری هستند.
الکترولیت ها هم در سیستم های بیولوژیکی و هم در کاربردهای صنعتی متعدد نقش حیاتی دارند. آنها از طریق توانایی خود در تجزیه به یون ها، به هدایت الکتریسیته، تنظیم فرآیندهای فیزیولوژیکی کمک می کنند و در فناوری هایی مانند باتری ها و آبکاری الکتریکی استفاده می شوند. درک اصول پشت الکترولیت ها و عملکرد آنها دری را برای درک فرآیندهای شیمیایی و فیزیولوژیکی پیچیده تر باز می کند.
چه در کلاس درس، چه در آزمایشگاه و چه در زندگی روزمره، مفهوم الکترولیت ها و عملکرد آنها بخشی جدایی ناپذیر از درک جهان طبیعی و فناوری هایی است که زندگی مدرن را امکان پذیر می کند.
