Elektrolitas.

Elektrolitas – 1. Medžiaga, tirpiklyje disocijuojanti į jonus; 2. Elektrolito tirpalas. Medžiagos, kurių vandeniniai tirpalai arba lydalai praleidžia elektros srovę, vadinamos elektrolitais. Medžiagos, kurių vandeniniai tirpalai arba lydalai nepraleidžia elektros srovės, vadinamos neelektrolitais. Elektrolitai yra medžiagų tirpalai, kai jos ištirpintos arba išlydytos skyla (disocijuoja) į jonus. Elektrolitų tirpalų osmosinis slėgis yra didesnis už tos pačios molinės koncentracijos neelektrolitinius tirpalus. Elektrolitinis skilimas (disociacija) yra procesas, kurio metu elektrolitai, veikiami polinių tirpalo molekulių, skyla (disocijuoja) į jonus. Dažnai šis reiškinys vadinamas jonizacija. Elektrolitų yra visose skystose gyvų organizmų sistemose, t. y. reikalinga terpė vykti daugeliui cheminių sintezės reakcijų.

Teiginį apie kai kurių medžiagų disociaciją (skilimą) į jonus iškėlė Teodoras Grotusas (gyvenęs Lietuvoje) ir švedų mokslininkas Šventė Arenijus. Medžiagas, kurių tirpalai nepraleidžia elektros srovės (cukrus, glicerolis, naftalenas ir kt.) jis pavadino neelektrolitais, o kurių tirpalai praleidžia elektros srovę (visos tirpiosios druskos, kai kurios rūgštys ir bazės) – elektrolitais.

S. Arenijus pastebėjo, kad elektrolitų tirpalų savybių skaitinės vertės – garų slėgio nuosmukio, virimo bei stingimo temperatūrų pokyčių, osmosinio slėgio – yra didesnės už teoriškai apskaičiuotąsias. Kadangi minėtosios savybės priklauso ne nuo tirpale esančių dalelių savybių o tik nuo jų skaičiaus, vadinasi ištirpintų elektrolitų molekulės tirpale savaime suskyla, disocijuoja į jonus – daleles, turinčias elektros krūvį. Šios dalelės ir krūvininkai. Elektrolitams disocijuojant į jonus, jų tirpaluose dalelių (molekulių ir jonų) skaičius yra didesnis negu tos pačios koncentracijos neelektrolitų (vien molekulės) tirpaluose.

Apibendrinimas.

Elektrolitas –  medžiagos, kurios išlydytos arba ištirpintos sudaro jonus, vadinamos elektrolitais. Jų tirpalai ir lydalai yra laidūs elektros srovei. Medžiagos, kurios nei tirpaluose, nei lydaluose nesudaro jonų, vadinamos neelektrolitais. Jų vandeniniai tirpalai ar lydalai nepraleidžia elektros srovės.

Ne visi elektrolitai vienodai praleidžia elektros srovę. Elektrolitai skirstomi į stipriuosius ir silpnuosius. Stipriųjų elektrolitų kristalai yra sudaryti iš savarankiškų jonų. Jiems tirpstant vandenyje joninė kristalinė gardelė suyra į jonus – visiškai disocijuoja  (jonizuojasi). T. y. tokios medžiagos tirpaluose (arba lydaluose) egzistuoja tik jonų pavidalu. Stipriųjų elektrolitų klasei priklauso druskos, šarminių bei šarminių žemių metalų hidroksidai ir stipriosios rūgštys.

Silpnųjų elektrolitų jonizacija yra grįžtamasis procesas. Silpnieji elektrolitai menkai jonizuojasi. Didžioji dalis medžiagos lieka molekulių pavidalu. Silpnieji elektrolitai yra silpnosios rūgštys, amoniakas NH3, vanduo ir dar kai kurie junginiai.

Elektrolitais gali būti ne tik joniniai, bet ir molekuliniai junginiai, kuriuose atomai susijungę kovalentiniu poliniu ryšiu. Tirpdami vandenyje tokie molekuliniai junginiai sudaro jonus. Įvyksta molekulių jonizacija.

Jonizacija – neutralių atomų arba molekulių virtimas jonais.

Cheminės reakcijos, kuriose dalyvauja elektrolitai, gali būti vaizduojamos joninėmis lygtimis. Joninėje lygtyje jonais vaizduojami šie stiprieji elektrolitai: tirpios druskos; tirpūs metalų hidroksidai;  stipriosios rūgštys. Visi kiti junginiai (silpnieji elektrolitai, netirpūs elektrolitai ir neelektrolitai) vaizduojami nedisocijavę (nejonizuoti).

Taigi elektrolitais vadinamos medžiagos, kurios vandeniniuose tirpaluose susiskaido į jonus ir suteikia jiems laidumą elektrai. Vanduo yra universalus tirpiklis ir jo savybes lemia didelis molekulių dipolio momentas μ = 1,84 D, didelė dielektrinė konstanta (81), stiprus vandens molekulių tarpusavio vandenilinis ryšys, maža vandens molekulinė masė, kampinė molekulės struktūra, jo gebėjimas kompleksuose būti ligandu, taip pat jono ir dipolio sąveikos dalyviu.

Neorganines rūgštis, šarmus ir vandenyje tirpias druskas vandens molekulės suskaido į katijonus ir anijonus. Tokių medžiagų vandeniniai tirpalai yra laidūs elektros srovei, o tirpiniai vadinami antros rūšies laidininkais. Vykstant reakcijoms vandeniniuose tirpaluose pagal Bartlio dėsnį, susidaro mažai disocijuoti, dujiniai ir netirpūs reakcijų produktai, pasišalinantys iš sistemos.

Pvz., neutralizacijos reakcijose, rūgščių vandenilio jonai su bazių hidroksido jonais sudaro beveik nedisocijuotą vandenį;

išstūmimo reakcijose stiprios rūgštys iš silpnų rūgščių druskų išstumia silpnas rūgštis, o šarmai iš silpnų bazių druskų išstumia silpnas bazes;

nusodinimo reakcijose iš dviejų gerai vandenyje tirpstančių druskų susidaro trečia, vandenyje beveik netirpi druska ir t.t.

Terminas „elektrolitas” yra plačiai vartojamas biologijoje ir medicinoje.

Šiais atvejais dažniausiai turima omenyje vandens tirpalas, savo sudėtyje turintis vienokius a kitokius jonus. Taipogi elektros srovės tekėjimas elektrolite yra susijęs su medžiagos pernešimu ir cheminiais kitimais ant elektrodų, o elektrolitams priskiriami natris, kalis, kalcis, magnis ir kt. reguliuoja nervų ir raumenų funkcijas, organizmo hidrataciją, kraujo pH, kraujo spaudimą, padeda atstatyti pažeistus audinius.

Elektrolitų pasiskirstymas skystose organizmo terpėse skiriasi ir kokybine, ir kiekybine sudėtimi. Na+ – pagrindinis neląstelinis katijonas, o K+ – pagrindinis ląstelinis katijonas. Viduje ląstelės vyrauja baltymų ir fosfatų anijonai, o neląsteliniame skystyje chloridai (Cl–) ir rūgštieji karbonatai (HCO3–). Joninės sudėties įvairovė ląstelėse ir jas supančiuose skysčiuose gyvybiškai svarbi organizmui. Ją palaiko joniniai siurbliai, esantys ląstelės membranose.

Nežiūrint šios jonų sudėties įvairovės, osmosinis aktyvumas ląstelės viduje ir neląsteliniame skystyje beveik vienodas. Iš plazmos katijonų natris yra pagrindinis ir jam tenka iki 93 % viso jų kiekio, o anijonams priklauso chloras ir rūgštieji karbonatai. Anijonų ir katijonų suma beveik vienoda, t. y. sistema elektroneutrali. Padidėjus aldosterono gamybai, prasideda hipokalemija. Kalio daugiau išsiskiria su šlapimu, o natris sulaikomas audiniuose. Dėl hipokalemijos sutrinka širdies darbas.