Определение сильных и слабых электролитов
Что такое электролиты — общие понятия
Электролиты — это вещества, которые могут проводить электрический ток после распада на ионы (или диссоциации). Это происходит в растворах и расплавах или, если электролит является твердым, — в кристаллических решетках. Примеры электролитов:
Для электролитов характерна сильно полярная ковалентная или ионная химическая связь. В противном случае вещество не способно распадаться на ионы в растворах и расплавах, вследствие чего они не проводят электрический ток. К неэлектролитам в химии относят вещества с ковалентной слабо полярной связью (в основном, это органические соединения, например, глицерин, сахароза и т.д.) и вещества с ковалентной неполярной связью (простые вещества неметаллы, например, водород, сера и т.д.)
Впервые теорию электролитической диссоциации (распада электролитов на ионы) предложил шведский физик и химик С. Аррениус. Он обнаружил, что в растворах, проводящих ток, содержится больше частиц и сделал вывод о том, что в растворах и расплавах эти виды веществ распадаются на ионы.
Наблюдая за движением частиц, ученый также установил, что они обладают различными зарядами. Так положительно заряженные ионы называются катионами, а отрицательно заряженные — анионами.
Определение сильных и слабых, как распознать
Аррениус является автором теории электролитической диссоциации. Под этим понятием подразумевается процесс, при котором вещество распадается на отдельные ионы. Степень диссоциации зависит от характера электролита и вычисляется по формуле:
α = ( N д и с ) / ( N о б щ ) × 100 %
Краткий вид формулы:
α = ( N д и с ) / ( N о б щ )
Если этот показатель превышает 30% (или 0,3), то электролит считается сильным. В уравнении их распада ставится знак «→», поскольку процесс необратимый. К подобным относятся:
Если степень диссоциации меньше 3% (или 0,03), то такие электролиты называют слабыми. Реакции с ними обратимы, поэтому используется знак «⇄» или «↔». К подобным относятся:
Теория электролитической диссоциации
Темы кодификатора ЕГЭ: Электролитическая диссоциация электролитов вводных растворах. Сильные и слабые электролиты.
Электролиты – это вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток.
Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц под действием электрического поля. Таким образом, в растворах или расплавах электролитов есть заряженные частицы. В растворах электролитов, как правило, электрическая проводимость обусловлена наличием ионов.
Ионы – это заряженные частицы (атомы или группы атомов). Разделяют положительно заряженные ионы (катионы) и отрицательно заряженные ионы (анионы).
Электролитическая диссоциация — это процесс распада электролита на ионы при его растворении или плавлении.
Разделяют вещества — электролиты и неэлектролиты. К неэлектролитам относятся вещества с прочной ковалентной неполярной связью (простые вещества), все оксиды (которые химически не взаимодействуют с водой), большинство органических веществ (кроме полярных соединений — карбоновых кислот, их солей, фенолов) — альдегиды, кетоны, углеводороды, углеводы.
К электролитам относят некоторые вещества с ковалентной полярной связью и вещества с ионной кристаллической решеткой.
В чем же суть процесса электролитической диссоциации?
NaCl = Na + + Cl –
При расплавлении, когда происходит нагревание кристалла, ионы начинают совершать интенсивные колебания в узлах кристаллической решётки, в результате чего она разрушается, образуется расплав, который состоит из ионов.
Процесс электролитической диссоциации характеризуется величиной степени диссоциации молекул вещества:
Степень диссоциации — это отношение числа продиссоциировавших (распавшихся) молекул к общему числу молекул электролита. Т.е., какая доля молекул исходного вещества распадается в растворе или расплаве на ионы.
Nпродисс — это число продиссоциировавших молекул,
Nисх — это исходное число молекул.
По степени диссоциации электролиты делят на делят на сильные и слабые.
Сильные электролиты (α≈1):
1. Все растворимые соли (в том числе соли органических кислот — ацетат калия CH3COOK, формиат натрия HCOONa и др.)
2. Сильные кислоты: HCl, HI, HBr, HNO3, H2SO4 (по первой ступени), HClO4 и др.;
3. Щелочи: NaOH, KOH, LiOH, RbOH, CsOH; Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2.
Сильные электролиты распадаются на ионы практически полностью в водных растворах, но только в ненасыщенных. В насыщенных растворах даже сильные электролиты могут распадаться только частично. Т.е. степень диссоциации сильных электролитов α приблизительно равна 1 только для ненасыщенных растворов веществ. В насыщенных или концентрированны растворах степень диссоциации сильных электролитов может быть меньше или равна 1: α≤1.
Слабые электролиты (α
1. Слабые кислоты, в т.ч. органические;
2. Нерастворимые основания и гидроксид аммония NH4OH;
3. Нерастворимые и некоторые малорастворимые соли (в зависимости от растворимости).
Неэлектролиты:
1. Оксиды, не взаимодействующие с водой (взаимодействующие с водой оксиды при растворении в воде вступают в химическую реакцию с образованием гидроксидов);
2. Простые вещества;
3. Большинство органических веществ со слабополярными или неполярными связями (альдегиды, кетоны, углеводороды и т.д.).
Как диссоциируют вещества? По степени диссоциации различают сильные и слабые электролиты.
Сильные электролиты диссоциируют полностью (в насыщенных растворах), в одну ступень, все молекулы распадаются на ионы, практически необратимо. Обратите внимание — при диссоциации в растворе образуются только устойчивые ионы. Самые распространенные ионы можно найти в таблице растворимости — это ваша официальная шпаргалка на любом экзамене. Степень диссоциации сильных электролитов примерно равна 1. Например, при диссоциации фосфата натрия образуются ионы Na + и PO4 3– :
Диссоциация слабых электролитов : многоосновных кислот и многокислотных оснований происходит ступенчато и обратимо. Т.е. при диссоциации слабых электролитов распадается на ионы только очень небольшая часть исходных частиц. Например, угольная кислота:
HCO3 – ↔ H + + CO3 2–
Гидроксид магния диссоциирует также в 2 ступени:
Mg(OH)2 ⇄ Mg(OH) + OH –
Mg(OH) + ⇄ Mg 2+ + OH –
Кислые соли диссоциируют также ступенчато, сначала разрываются ионные связи, затем — ковалентные полярные. Например, гидрокабонат калия и гидроксохлорид магния:
KHCO3 ⇄ K + + HCO3 – (α=1)
HCO3 – ⇄ H + + CO3 2– (α + + Cl – (α=1)
MgOH + ⇄ Mg 2+ + OH – (α 1. При растворении в воде электролиты диссоциируют (распадаются) на ионы.
2. Причина диссоциации электролиты в воде – это его гидратация, т.е. взаимодействие с молекулами воды и разрыв химической связи в нем.
3. Под действием внешнего электрического поля положительно заряженные ионы двигаюися к положительно заряженному электроду — катоду, их называют катионами. Отрицательно заряженные электроны двигаются к отрицательному электроду – аноду. Их называют анионами.
4. Электролитическая диссоциация происходит обратимо для слабых электролитов, и практически необратимо для сильных электролитов.
5. Электролиты могут в разной степени диссоциировать на ионы — в зависимости от внешних условий, концентрации и природы электролита.
6. Химические свойства ионов отличаются от свойств простых веществ. Химические свойства растворов электролитов определяются свойствами тех ионов, которые из него образуются при диссоциации.
1. При неполной диссоциации 1 моль соли общее количество положительных и отрицательных ионов в растворе составило 3,4 моль. Формула соли – а) K2S б) Ba(ClO3)2 в) NH4NO3 г) Fe(NO3)3
Решение: для начала определим силу электролитов. Это легко можно сделать по таблице растворимости. Все соли, приведенные в ответах — растворимые, т.е. сильные электролиты. Далее, запишем уравнения электролитической диссоциации и по уравнению определим максимально число ионов в каждом растворе:
Электролиты крови
Электролиты – это минеральные соединения, которые способны проводить электрический заряд. Находясь в тканях и крови в виде растворов солей, они помогают перемещению питательных веществ в клетки и выводу продуктов обмена веществ из клеток, поддерживают в них водный баланс и необходимый уровень кислотности.
Калий – важная составляющая большинства клеток. Вместе с другими электролитами ионы калия отвечают за функционирование мышц и нервов, нормальный кислотно-щелочной баланс, водный обмен. В крови содержится только небольшое количество макроэлемента, даже незначительные колебания его уровня приводят к серьезным последствиям. Существенные отклонения от нормы могут привести к состояниям, представляющим опасность для жизни (шок, нарушение сердечной деятельности, дыхательная недостаточность и прочее). В норме концентрация калия составляет 3,5-5,1 ммоль/литр.
Натрий имеется во всех тканях и жидкостях организма. Он необходим для сокращения мышц, поддержания водно-солевого баланса. Макроэлемент всасывается в кишечнике из обычной столовой соли. Отклонения его нормального уровня связано с нарушением одного из механизмов его поддержания. Например, нормальная концентрация натрия нарушается, если антидиуретический гормон, который предупреждает потерю жидкости с мочой, вырабатывается в аномальном количестве. Нарушение количества этого электролита влечет за собой появление отеков или обезвоживания, так как меняется количество жидкости в тканях. Анализ на натрий используется при диагностике многих заболеваний (например, патологий почек, легких, мозга).
Хлор входит в состав многих биологически активных веществ, выполняет целый ряд физиологических функций. Его уровень в норме относительно стабилен (небольшое уменьшение показателей наблюдается после еды). Тест на количество хлора часто назначается в комплексе с другими исследованиями для выявления различных патологий. Его результаты также используются для установления причины слабости, длительной рвоты, диарей, нарушений дыхания.
Ионизированный кальций. Значительные колебания его уровня чреваты нарушением сердечного ритма (тахикардией либо брадикардией), нарушениям ясности сознания, спазмами мышц. В некоторых случаях такие колебания могут стать причиной комы.
Изменения показателей в течение суток являются нормой. Максимальная концентрация макроэлемента наблюдается в конце дня, а утром она снижена. Количество Ca может отклоняться от нормы у женщин, которые используют оральные либо инъекционные контрацептивы. У пожилых людей его количество значительно снижено. Прием ряда препаратов может оказывать значительное влияние на результаты теста. Важно поставить в известность врача, который будет оценивать результаты анализа, о приеме любых препаратов. Как дефицит, так и переизбыток макроэлемента может быть вызван различными причинами. Для точной диагностики во многих случаях требуется дополнительное обследование. Грамотно оценить его результаты, поставить диагноз и назначить лечение может только врач.
Интерпретация результатов
Нарушения баланса электролитов может быть вызвано различными причинами. На результаты влияют, как различные заболевания, так и питьевой режим, рацион питания, прием многих лекарственных препаратов. Поэтому при расшифровке результатов, установлении диагноза и назначении лечения в обязательном порядке учитывают эти моменты.
Грамотно интерпретировать результаты может только врач. В некоторых случаях для этого требуется комплексное обследование.
Когда нужно сдавать анализ Калий (К+), натрий (Na+), хлориды?
Показания к исследованию
Нарушения баланса электролитов в крови могут проявляться следующими симптомами:
Подготовка к исследованию:
• Не принимать пищу в течение 12 часов перед исследованием.
• Исключить физическое и эмоциональное перенапряжение за 30 минут до исследования.
• Не курить в течение 30 минут до сдачи крови.
Сильные электролиты как определить
1.1. Электролитическая диссоциация. Степень диссоциации. Сила электролитов
Согласно теории электролитической диссоциации, соли, кислоты, гидроксиды, растворяясь в воде, полностью или частично распадаются на самостоятельные частицы – ионы.
Процесс распада молекул веществ на ионы под действием полярных молекул растворителя называют электролитической диссоциацией. Вещества, диссоциирующие на ионы в растворах, называют электролитами. В результате раствор приобретает способность проводить электрический ток, т.к. в нем появляются подвижные носители электрического заряда. Согласно этой теории, при растворении в воде электролиты распадаются (диссоциируют) на положительно и отрицательно заряженные ионы. Положительно заряженные ионы называют катионами; к ним относятся, например, ионы водорода и металлов. Отрицательно заряженные ионы называются анионами; к ним принадлежат ионы кислотных остатков и гидроксид-ионы.
Для количественной характеристики процесса диссоциации введено понятие степени диссоциации. Степенью диссоциации электролита (α) называется отношение числа его молекул, распавшихся в данном растворе на ионы ( n ), к общему числу его молекул в растворе ( N ), или
Степень электролитической диссоциации принято выражать либо в долях единицы, либо в процентах.
Электролиты со степенью диссоциации больше 0,3 (30%) обычно называют сильными, со степенью диссоциации от 0,03 (3%) до 0,3 (30%)—средними, менее 0,03 (3%)—слабыми электролитами. Так, для 0,1 M раствора CH 3 COOH α = 0,013 (или 1,3 %). Следовательно, уксусная кислота является слабым электролитом. Степень диссоциации показывает, какая часть растворенных молекул вещества распалась на ионы. Степень электролитической диссоциации электролита в водных растворах зависит от природы электролита, его концентрации и температуры.
По своей природе электролиты можно условно разделить на две большие группы: сильные и слабые. Сильные электролиты диссоциируют практически полностью (α = 1).
К сильным электролитам относятся:
3) соли, растворимые в воде (см. таблицу растворимости).
Слабые электролиты диссоциируют на ионы в очень малой степени, в растворах они находятся, в основном в недиссоциированном состоянии (в молекулярной форме). Для слабых электролитов устанавливается равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами.
К слабым электролитам относятся:
3) гидроксид аммония ( NH 4 OH );
4) большинство органических кислот
(например, уксусная CH3COOH, муравьиная HCOOH);
5) нерастворимые и малорастворимые соли и гидроксиды некоторых металлов (см. таблицу растворимости).
Процесс электролитической диссоциации изображают, пользуясь химическими уравнениями. Например, диссоциация соляной кислоты (НС l ) записывается следующим образом:
Основания диссоциируют с образованием катионов металла и гидроксид-ионов. Например, диссоциация КОН
Многоосновные кислоты, а также основания многовалентных металлов диссоциируют ступенчато. Например,
Первое равновесие – диссоциация по первой ступени – характеризуется константой
.
Для диссоциации по второй ступени:
.
Средние (нормальные) соли, растворимые в воде, диссоциируют с образованием положительно заряженных ионов металла и отрицательно заряженных ионов кислотного остатка
KHCO 3 → K + + HCO 3 – (первая ступень)
HCO 3 – 
H + + CO 3 2– (вторая ступень).
Однако степень электролитической диссоциации по второй ступени очень мала, поэтому раствор кислой соли содержит лишь незначительное число ионов водорода.
FeOHCl 2 
FeOH 2+ + 2 Cl – (первая ступень);
FeOH 2+ Fe 3+ + OH – (вторая ступень);
( ZnOH )2 SO 4 2 ZnOH + + SO 4 2– (первая ступень);
ZnOH + Zn 2+ + OH – (вторая ступень).
Электролитный баланс
Без электролитов в организме человека не происходит ни одного жизненно важного процесса. Они определяют кислотно-щелочной баланс, поддерживают осмотическое давление в плазме крови, выполняют другие важные функции. Без электролитов клетки перестанут взаимодействовать, мышцы – сокращаться, а нервные волокна – передавать сигналы. Все остановится. Баланс натрия, калия и хлора является значимым показателем здоровья человека, в особенности работы сердца и почек. Программа 116 «Баланс электролитов в организме» позволяет определить общее состояние здоровья и диагностировать нарушения электролитного обмена, которые приводят к серьезным последствиям – шоку, дыхательной и сердечной недостаточности, аритмии и остановке сердца.
Состав программы составлен таким образом, чтобы определить основные показатели электролитного и кислотно-щелочного баланса:
Поскольку нарушения электролитного и кислотно-щелочного баланса сопутствуют широкому спектру острых и хронических заболеваний, Программа 116 «Баланс электролитов в организме» может быть назначена как уже госпитализированным пациентам, так и только что обратившимся в отделения экстренной медицинской помощи.
Что такое электролиты и почему они так важны
Более половины массы нашего тела состоит из воды. Она является универсальным растворителем: лишь в водной среде могут протекать все сложные биохимические процессы. Вода выполняет транспортную функцию, перенося различные вещества по всему организму, а также принимая участие в выведении конечных продуктов обмена. К тому же вода является основным пластическим материалом и принимает активное участие в терморегуляции. Некоторые минералы являются важными электролитами – веществами, которые переносят электрический заряд, когда они растворены в жидкости (крови). Электролиты делятся на катионы (носители положительного заряда) и анионы (носители отрицательного заряда). К катионам относятся калий и натрий, к анионам – хлор и его соединения. Больше всего их находится в костной и мышечной тканях, а также в крови.
Электролиты помогают организму поддерживать нормальный уровень жидкости. Именно поэтому среди различных патогенетических звеньев, лежащих в основе множества заболеваний, важное место занимают нарушения электролитного баланса.
Натрий (Na+). Это основной катион внеклеточной жидкости – 96% общего количества натрия в организме содержится вне клеток. Он принимает участие в проведении возбуждения в нервных и мышечных клетках, в формировании щелочного резерва крови и транспорте ионов водорода. Натрий оказывает влияние на состояние сердечно-сосудистой системы. Поскольку избыток Na, поступающего с пищей, выводится почками, в организме постоянно поддерживается его баланс. В регуляции натриевого баланса играет важную роль адекватная выработка альдостерона корой надпочечников и нормальная работа желудочно-кишечного тракта.
Натриевый обмен тесно связан с обменом воды. Натриемия не отражает содержание общего количества натрия в организме, но тесно коррелирует с количеством воды во внеклеточном пространстве. При избытке Na вода задерживается, при дефиците – выводится.
Гипонатриемия – снижение концентрации натрия в крови. Чаще всего это обусловлено:
Гипернатриемия – повышение концентрации натрия в крови. Она может наблюдаться при водном истощении, солевой перегрузке, несахарном диабете, альдостеронизме.
Переизбыток натрия, в том числе в результате его чрезмерного поступления (злоупотребление солью и солеными продуктами) становится причиной повышения артериального давления, обезвоживания, повышения нагрузки на почки, к сухости глаз и кожи. При его нехватке вода задерживается в организме за счет действия гормона вазопрессина, что приводит к отечности, в особенности ног, застойным явлениям и сердечной недостаточности.
Гипокалиемия – снижение концентрации калия в крови. Она может быть вызвана:
При недостатке калия появляется слабость мышц, которая может привести к гиповентиляции, хронической почечной недостаточности, алкалозу, снижению толерантности к углеводам, энцефалопатии, динамической кишечной непроходимости, нарушению сердечного ритма (возможна фибрилляция).
Гиперкалиемия – повышение концентрации калия. Она может быть вызвана выходом калия из клетки вследствие ее повреждения, а также задержкой калия в организме, чаще всего из-за избыточного поступления катиона в организм. Гиперкалиемия проявляется характерными признаками нейромышечного поражения (слабость, парестезии, восходящий паралич, тошнота, рвота) и непроходимостью кишечника. Опасность этого состояния заключается в нарушении функции миокарда.
Хлор (Сl-). Это отрицательно заряженный ион, который совместно с калием и натрием помогает регулировать количество жидкости в организме и поддерживать кислотно-щелочной баланс. Хлор присутствует во всех жидкостях организма, но больше всего его содержится в крови и внеклеточном пространстве. Концентрация Сl- отражает уровень натрия и меняется пропорционально его колебаниям. Однако при нарушении кислотно-щелочного баланса уровень хлоридов в крови может колебаться вне зависимости от натрия, поскольку хлор действует в качестве буфера. Он помогает поддерживать оптимальный уровень pH в клетках, перемещаясь внутрь либо наружу при необходимости. Cl поступает в организм с едой и выводится почками.
Также программа Программа 116 «Баланс электролитов в организме» от ДИЛА включает определение уровней фосфора, ионизированного кальция и определение pH крови.
Ионизированный (свободный) кальций Ca2+. Кальций является важнейшим макроэлементом, принимающим участие в формировании костной ткани и зубов, проведении импульсов по нервным волокнам, а также в сокращении мышц, включая миокард. К тому же кальций принимает участие в процессах свертывания крови и отвечает за нормальную перистальтику кишечника, предотвращение запоров и аллергических реакций, регулирует синтез кальцитонина – одного важного гормона паращитовидной железы.
На долю ионизированного кальция приходится около половины общего кальция в организме. Его концентрация изменяется в течение суток и регулируется витамином D, паратгормоном, кальцитонином.
Низкий уровень макроэлемента в сыворотке (гипокальциемия) связан с симптомами нарушения нервно-мышечного возбуждения:
При повышенной концентрации кальция (гиперкальциемии) наблюдаются снижение аппетита, тошнота, боли в животе, аритмия.
Фосфор. Этот макроэлемент необходим для формирования костной ткани и принимает участие в клеточном энергетическом обмене. Процессы метаболизма фосфора и кальция тесно связаны, поэтому для нормального усвоения минералов необходимо их определенное соотношение друг с другом. К тому же на концентрацию фосфатов оказывают влияние количество паратиреоидного гормона и витамина D. Основная часть всего фосфора сосредоточена в тканях скелета.
Недостаток фосфора (гипофосфатемии) может быть вызван:
Причиной избытка фосфора (гиперфосфатемии) может быть чрезмерное поступление минерала с пищей, гипокальциемия и поражение почек.
Ацидоз проявляется следующими симптомами:
Проявления алкалоза могут включать:
Причиной ацидоза и алкалоза в большинстве случаев является тяжелое течение основного заболевания, при котором возникающие изменения рН крови превышают возможности механизмов регуляции этого параметра.
Заключение
Помните, что любые отклонения уровня электролитов от нормы (особенно калия) опасны для жизни и здоровья, могут быстро привести к серьезным нарушениям в работе сердца и даже к смерти.
Результаты скринингового исследования позволят вам проверить баланс электролитов – важных элементов для регуляции работы сердца, мышц. Программа 116 «Баланс электролитов в организме» рекомендуется всем, кто занимается спортом или активным отдыхом (имеет увеличенные физические нагрузки), что приводит к повышенному потоотделению – значительной потери части жидкости и микроэлементов, важных для нормальной работы организма. Нарушения электролитного баланса могут быть связаны с различными факторами. На результаты влияют, как заболевания, так и питьевой режим, рацион питания, прием некоторых лекарственных препаратов. Поэтому при расшифровке результатов, постановке диагноза и назначении терапии врач обязательно учитывает все эти моменты.
