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Para la canción REM, vea Electrolite .

Un electrolito es una sustancia que produce una solución conductora de electricidad cuando se disuelve en un disolvente polar , como el agua. El electrolito disuelto se separa en cationes y aniones , que se dispersan uniformemente a través del solvente. Eléctricamente, tal solución es neutra. Si se aplica un potencial eléctrico a dicha solución, los cationes de la solución se atraen al electrodo que tiene una abundancia de electrones , mientras que los aniones se atraen al electrodo que tiene un déficit de electrones. El movimiento de aniones y cationes en direcciones opuestas dentro de la solución equivale a una corriente. Esto incluye la mayoría de los solublessales , ácidos y bases . Algunos gases, como el cloruro de hidrógeno (HCl), en condiciones de alta temperatura o baja presión también pueden funcionar como electrolitos. [ aclaración necesaria ] Las soluciones de electrolitos también pueden resultar de la disolución de algunos polímeros biológicos (por ejemplo, ADN , polipéptidos ) y sintéticos (por ejemplo, poliestireno sulfonato ), denominados " polielectrolitos ", que contienen grupos funcionales cargados . Una sustancia que se disocia en iones en solución adquiere la capacidad de conducir electricidad. de sodio ,potasio , cloruro , calcio , magnesio y fosfato son ejemplos de electrolitos.

En medicina, el reemplazo de electrolitos es necesario cuando una persona tiene vómitos o diarrea prolongados y como respuesta a una actividad atlética intensa. Se encuentran disponibles soluciones comerciales de electrolitos, especialmente para niños enfermos (como solución de rehidratación oral , Suero Oral o Pedialyte ) y atletas ( bebidas deportivas ). La monitorización de electrolitos es importante en el tratamiento de la anorexia y la bulimia .

Etimología [ editar ]

La palabra electrolito deriva del griego antiguo ήλεκτρο- ( ēlectro -), prefijo relacionado con la electricidad, y λυτός ( lytos ), que significa "capaz de desatarse o aflojarse".

Historia [ editar ]

Svante Arrhenius , padre del concepto de disociación de electrolitos en solución acuosa por el que recibió el Premio Nobel de Química en 1903.

En su disertación de 1884, Svante Arrhenius presentó su explicación de las sales cristalinas sólidas que se disocian en partículas cargadas emparejadas cuando se disuelven, por lo que ganó el Premio Nobel de Química en 1903. [1] [2] [3] [4] La explicación de Arrhenius fue que al formar una solución, la sal se disocia en partículas cargadas, a las que Michael Faraday les había dado el nombre de " iones " muchos años antes. La creencia de Faraday había sido que los iones se producían en el proceso de electrólisis . Arrhenius propuso que, incluso en ausencia de corriente eléctrica, las soluciones de sales contienen iones. Por tanto, propuso que las reacciones químicas en solución eran reacciones entre iones. [2][3] [4]

Formación [ editar ]

Las soluciones de electrolitos se forman normalmente cuando la sal se coloca en un disolvente como el agua y los componentes individuales se disocian debido a las interacciones termodinámicas entre el disolvente y las moléculas de soluto, en un proceso llamado " solvatación ". Por ejemplo, cuando la sal de mesa ( cloruro de sodio ), NaCl, se coloca en agua, la sal (un sólido) se disuelve en sus iones componentes, de acuerdo con la reacción de disociación.

NaCl (s) → Na + (ac) + Cl - (ac)

También es posible que las sustancias reaccionen con el agua produciendo iones. Por ejemplo, el gas de dióxido de carbono se disuelve en agua para producir una solución que contiene iones de hidronio , carbonato e hidrogenocarbonato .

Las sales fundidas también pueden ser electrolitos como, por ejemplo, cuando se funde el cloruro de sodio, el líquido conduce la electricidad. En particular, los líquidos iónicos, que son sales fundidas con puntos de fusión por debajo de 100 ° C, [5] son un tipo de electrolitos no acuosos altamente conductores y, por lo tanto, han encontrado cada vez más aplicaciones en pilas de combustible y baterías. [6]

Un electrolito en una solución puede describirse como "concentrado" si tiene una alta concentración de iones, o "diluido" si tiene una baja concentración. Si una alta proporción del soluto se disocia para formar iones libres, el electrolito es fuerte; si la mayor parte del soluto no se disocia, el electrolito es débil. Las propiedades de los electrolitos pueden aprovecharse mediante la electrólisis para extraer los elementos constituyentes y los compuestos contenidos en la solución.

Los metales alcalinotérreos forman hidróxidos que son electrolitos fuertes con una solubilidad limitada en agua, debido a la fuerte atracción entre sus iones constituyentes. Esto limita su aplicación a situaciones en las que se requiere una alta solubilidad. [7]

Importancia fisiológica [ editar ]

Ver también: gradiente electroquímico y desequilibrio agua-electrolito

En fisiología , los iones primarios de los electrolitos son sodio (Na + ), potasio (K + ), calcio (Ca 2+ ), magnesio (Mg 2+ ), cloruro (Cl - ), hidrogenofosfato (HPO 4 2− ), e hidrogenocarbonato (HCO 3 - ). [8] Los símbolos de carga eléctrica de más (+) y menos (-) indican que la sustancia es de naturaleza iónica y tiene una distribución desequilibrada de electrones, resultado de la disociación química.. El sodio es el principal electrolito que se encuentra en el líquido extracelular y el potasio es el principal electrolito intracelular; [9] ambos están involucrados en el equilibrio de líquidos y el control de la presión arterial . [10]

Todas las formas de vida multicelulares conocidas requieren un equilibrio electrolítico sutil y complejo entre los entornos intracelular y extracelular . [11] En particular, es importante el mantenimiento de gradientes osmóticos precisos de electrolitos. Dichos gradientes afectan y regulan la hidratación del cuerpo, así como el pH de la sangre , y son fundamentales para la función nerviosa y muscular . Existen varios mecanismos en las especies vivas que mantienen las concentraciones de diferentes electrolitos bajo estricto control.

Tanto el tejido muscular como las neuronas se consideran tejidos eléctricos del cuerpo. Los músculos y las neuronas se activan mediante la actividad electrolítica entre el líquido extracelular o líquido intersticial y el líquido intracelular . Los electrolitos pueden entrar o salir de la membrana celular a través de estructuras proteicas especializadas incrustadas en la membrana plasmática llamadas " canales iónicos ". Por ejemplo, la contracción muscular depende de la presencia de calcio (Ca 2+ ), sodio (Na + ) y potasio (K + ). Sin niveles suficientes de estos electrolitos clave, puede ocurrir debilidad muscular o contracciones musculares severas.

El equilibrio electrolítico se mantiene mediante la ingesta oral, o en caso de emergencia, intravenosa (IV) de sustancias que contienen electrolitos, y está regulado por hormonas , en general con los riñones eliminando los niveles excesivos. En los seres humanos, la homeostasis de electrolitos está regulada por hormonas como las hormonas antidiuréticas , la aldosterona y las hormonas paratiroideas . Las alteraciones graves de los electrolitos , como la deshidratación y la sobrehidratación , pueden provocar complicaciones cardíacas y neurológicas y, a menos que se resuelvan rápidamente, darán lugar a una emergencia médica .

Medida [ editar ]

La medición de electrolitos es un procedimiento de diagnóstico que se realiza con frecuencia, que se realiza mediante análisis de sangre con electrodos selectivos de iones o análisis de orina por parte de tecnólogos médicos . La interpretación de estos valores carece de sentido sin un análisis de la historia clínica y, a menudo, es imposible sin mediciones paralelas de la función renal . Los electrolitos que se miden con mayor frecuencia son el sodio y el potasio. Los niveles de cloruro rara vez se miden, excepto para las interpretaciones de gases en sangre arterial, ya que están intrínsecamente vinculados a los niveles de sodio. Una prueba importante que se realiza en la orina es la gravedad específica.prueba para determinar la aparición de un desequilibrio electrolítico .

Rehidratación [ editar ]

En la terapia de rehidratación oral , las bebidas con electrolitos que contienen sales de sodio y potasio reponen las concentraciones de agua y electrolitos del cuerpo después de la deshidratación causada por el ejercicio , el consumo excesivo de alcohol , la diaforesis (sudoración intensa), la diarrea, los vómitos, la intoxicación o la inanición. Los deportistas que se ejercitan en condiciones extremas (durante tres o más horas de forma continua, por ejemplo, una maratón o un triatlón ) que no consumen electrolitos corren el riesgo de deshidratación (o hiponatremia ). [12]

Se puede preparar una bebida casera con electrolitos utilizando agua, azúcar y sal en proporciones precisas . [13] Es importante incluir glucosa (azúcar) para utilizar el mecanismo de cotransporte de sodio y glucosa. Las preparaciones comerciales también están disponibles [14] tanto para uso humano como veterinario.

Los electrolitos se encuentran comúnmente en jugos de frutas , bebidas deportivas, leche, nueces y muchas frutas y verduras (enteras o en forma de jugo) (p. Ej., Papas, aguacates ).

Electroquímica [ editar ]

Artículo principal: Electrólisis

Cuando los electrodos se colocan en un electrolito y se aplica un voltaje , el electrolito conducirá la electricidad. Los electrones solitarios normalmente no pueden atravesar el electrolito; en cambio, se produce una reacción química en el cátodo , que proporciona electrones al electrolito. Otra reacción ocurre en el ánodo , consumiendo electrones del electrolito. Como resultado, se desarrolla una nube de carga negativa en el electrolito alrededor del cátodo y se desarrolla una carga positiva alrededor del ánodo. Los iones en el electrolito neutralizan estas cargas, permitiendo que los electrones sigan fluyendo y las reacciones continúen.

Celda electrolítica que produce cloro (Cl 2 ) e hidróxido de sodio (NaOH) a partir de una solución de sal común.

Por ejemplo, en una solución de sal común de mesa (cloruro de sodio, NaCl) en agua, la reacción del cátodo será

2 H 2 O + 2e - → 2 OH - + H 2

y burbujeará gas hidrógeno ; la reacción del ánodo es

2 NaCl → 2 Na + + Cl 2 + 2e -

y el cloro gaseoso se liberará en una solución donde reaccionará con los iones de sodio e hidroxilo para producir hipoclorito de sodio , lejía doméstica . Los iones de sodio cargados positivamente Na + reaccionarán hacia el cátodo, neutralizando la carga negativa de OH - allí, y los iones de hidróxido cargados negativamente OH - reaccionarán hacia el ánodo, neutralizando la carga positiva de Na + allí. Sin los iones del electrolito, las cargas alrededor del electrodo ralentizarían el flujo continuo de electrones; difusión de H + y OH -a través del agua hasta el otro electrodo lleva más tiempo que el movimiento de los iones de sal mucho más frecuentes. Los electrolitos se disocian en el agua porque las moléculas de agua son dipolos y los dipolos se orientan de una manera energéticamente favorable para solvatar los iones.

En otros sistemas, las reacciones de los electrodos pueden involucrar los metales de los electrodos así como los iones del electrolito.

Los conductores electrolíticos se utilizan en dispositivos electrónicos donde la reacción química en una interfaz metal-electrolito produce efectos útiles.

  • En las baterías , se utilizan como electrodos dos materiales con diferentes afinidades electrónicas; los electrones fluyen de un electrodo al otro fuera de la batería, mientras que dentro de la batería el circuito está cerrado por los iones del electrolito. Aquí, las reacciones de los electrodos convierten la energía química en energía eléctrica. [15]
  • En algunas celdas de combustible , un electrolito sólido o conductor de protones conecta las placas eléctricamente mientras mantiene separados los gases combustibles de hidrógeno y oxígeno. [dieciséis]
  • En los tanques de galvanoplastia , el electrolito deposita simultáneamente metal sobre el objeto que se va a recubrir y conecta eléctricamente ese objeto en el circuito.
  • En los medidores de horas de funcionamiento, dos columnas delgadas de mercurio están separadas por un pequeño espacio lleno de electrolito y, a medida que la carga pasa a través del dispositivo, el metal se disuelve en un lado y se esparce por el otro, lo que hace que el espacio visible se reduzca lentamente. superar.
  • En los condensadores electrolíticos, el efecto químico se utiliza para producir un recubrimiento dieléctrico o aislante extremadamente delgado , mientras que la capa de electrolito se comporta como una placa de condensador.
  • En algunos higrómetros, la humedad del aire se detecta midiendo la conductividad de un electrolito casi seco.
  • El vidrio caliente y ablandado es un conductor electrolítico, y algunos fabricantes de vidrio mantienen el vidrio fundido al pasar una gran corriente a través de él.

Electrolitos sólidos [ editar ]

Artículos principales: Conductor de iones rápidos y electrolito de estado sólido.

Los electrolitos sólidos se pueden dividir principalmente en cuatro grupos:

  • Electrolitos en gel: se parecen mucho a los electrolitos líquidos. En esencia, son líquidos en un marco de celosía flexible . A menudo se aplican varios aditivos para aumentar la conductividad de tales sistemas. [15] [17]
  • Electrolitos poliméricos secos: se diferencian de los electrolitos líquidos y en gel en el sentido de que la sal se disuelve directamente en el medio sólido. Por lo general, es un polímero de constante dieléctrica relativamente alta ( PEO , PMMA , PAN , polifosfacenos , siloxanos , etc.) y una sal con baja energía reticular . Para aumentar la resistencia mecánica y la conductividad de tales electrolitos, muy a menudo se utilizan compuestos y se introduce una fase cerámica inerte. Hay dos clases principales de tales electrolitos: polímero en cerámica y cerámica en polímero. [18] [19] [20]
  • Electrolitos cerámicos sólidos: los iones migran a través de la fase cerámica por medio de espacios libres o intersticiales dentro de la red . También hay electrolitos de vitrocerámica.
  • Cristales plásticos iónicos orgánicos: son un tipo de sales orgánicas que exhiben mesofases (es decir, un estado de materia intermedio entre líquido y sólido), en el que los iones móviles están desordenados de forma orientativa o rotacional mientras que sus centros están ubicados en los sitios ordenados en la estructura cristalina. [16] Tienen varias formas de desorden debido a una o más transiciones de fase sólido-sólido por debajo del punto de fusión y, por lo tanto, tienen propiedades plásticas y buena flexibilidad mecánica, así como un contacto interfacial electrodo / electrolito mejorado. En particular, los cristales plásticos iónicos orgánicos próticos (POIPC), [16] que son próticos sólidosLas sales orgánicas formadas por la transferencia de protones de un ácido de Brønsted a una base de Brønsted y, en esencia, son líquidos iónicos próticos en estado fundido , han demostrado ser prometedores conductores de protones en estado sólido para celdas de combustible . Los ejemplos incluyen perfluorobutanosulfonato de 1,2,4-triazolio [16] y metanosulfonato de imidazolio . [21]

Ver también [ editar ]

  • Electrolito fuerte
  • ITIES (interfaz entre dos soluciones de electrolitos inmiscibles)
  • Número de transporte de iones
  • Elektrolytdatenbank Regensburg
  • VTPR

Referencias [ editar ]

  1. ^ "El Premio Nobel de Química 1903" . Consultado el 5 de enero de 2017 .
  2. ^ a b Harris, William; Levey, Judith, eds. (1975). The New Columbia Encyclopedia (4ª ed.). Ciudad de Nueva York: Universidad de Columbia. pag. 155 . ISBN 978-0-231035-729.
  3. ↑ a b McHenry, Charles, ed. (1992). La nueva Encyclopædia Britannica . 1 (15 ed.). Chicago: Encyclopædia Britannica, Inc. pág. 587. bibcode : 1991neb..book ..... G . ISBN 978-085-229553-3.
  4. ↑ a b Cillispie, Charles, ed. (1970). Diccionario de biografía científica (1 ed.). Ciudad de Nueva York: Charles Scribner's Sons. págs. 296-302. ISBN 978-0-684101-125.
  5. ^ Shi, Jiahua (石家华); Sol, Xun (孙 逊); Chunhe (杨春 和), Yang; Gao, Qingyu (高 青 雨); Li, Yongfang (李永 舫) (2002). "Copia archivada"离子 液体 研究 进展 (PDF) .化学 通报(en chino) (4): 243. ISSN  0441-3776 . Archivado desde el original (PDF) el 2 de marzo de 2017 . Consultado el 1 de marzo de 2017 .CS1 maint: archived copy as title (link)
  6. ^ Jiangshui Luo; Jin Hu; Wolfgang Saak; Rüdiger Beckhaus; Gunther Wittstock; Ivo FJ Vankelecom; Carsten Agert; Olaf Conrad (2011). "Líquido iónico prótico y fundidos iónicos preparados a partir de ácido metanosulfónico y 1H-1,2,4-triazol como electrolitos PEMFC de alta temperatura". Revista de Química de Materiales . 21 (28): 10426–10436. doi : 10.1039 / C0JM04306K . S2CID 94400312 . 
  7. ^ Brown, Química: La ciencia central, 14ª edición, pág. 680.
  8. ↑ Alfarouk, Khalid O .; Ahmed, Samrein BM; Ahmed, Ahmed; Elliott, Robert L .; Ibrahim, Muntaser E .; Ali, Heyam S .; Gales, Christian C .; Nourwali, Ibrahim; Aljarbou, Ahmed N .; Bashir, Adil HH; Alhoufie, Sari TS; Alqahtani, Saad Saeed; Cardone, Rosa A .; Fais, Stefano; Harguindey, Salvador; Reshkin, Stephan J. (7 de abril de 2020). "La interacción del pH desregulado y el desequilibrio electrolítico en el cáncer" . Cánceres . 12 (4): 898. doi : 10.3390 / cancers12040898 . PMC 7226178 . PMID 32272658 .  
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  10. ↑ 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[Revista china de medicina china y occidental] (en chino) (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 ...
  11. ↑ Alfarouk, Khalid O .; Ahmed, Samrein BM; Ahmed, Ahmed; Elliott, Robert L .; Ibrahim, Muntaser E .; Ali, Heyam S .; Gales, Christian C .; Nourwali, Ibrahim; Aljarbou, Ahmed N .; Bashir, Adil HH; Alhoufie, Sari TS; Alqahtani, Saad Saeed; Cardone, Rosa A .; Fais, Stefano; Harguindey, Salvador; Reshkin, Stephan J. (7 de abril de 2020). "La interacción del pH desregulado y el desequilibrio electrolítico en el cáncer" . Cánceres . 12 (4): 898. doi : 10.3390 / cancers12040898 . PMC 7226178 . PMID 32272658 .  
  12. ^ J, Estevez E; Baquero E; Mora-Rodríguez R (2008). "Rendimiento anaeróbico al rehidratarse con agua o bebidas deportivas disponibles comercialmente durante el ejercicio prolongado en el calor". Fisiología aplicada, nutrición y metabolismo . 33 (2): 290-298. doi : 10.1139 / H07-188 . PMID 18347684 . 
  13. ^ "Bebidas de rehidratación" . Webmd.com. 28 de abril de 2008. Archivado desde el original el 23 de octubre de 2008 . Consultado el 25 de diciembre de 2018 .
  14. ^ "Proveedores de sal de rehidratación oral" . Rehydrate.org. 7 de octubre de 2014 . Consultado el 4 de diciembre de 2014 .
  15. ^ a b Kamil Perzyna; Regina Borkowska; Jaroslaw Syzdek; Aldona Zalewska; Wladyslaw Wieczorek (2011). "El efecto del aditivo de tipo ácido de Lewis sobre las características del electrolito de gel de litio". Electrochimica Acta . 57 : 58–65. doi : 10.1016 / j.electacta.2011.06.014 .
  16. ^ a b c d 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). "Perfluorobutanosulfonato de 1,2,4-triazolio como un electrolito de cristal plástico iónico orgánico prótico puro arquetípico para pilas de combustible de estado sólido". Ciencias de la energía y el medio ambiente . 8 (4): 1276-1291. doi : 10.1039 / C4EE02280G . S2CID 84176511 . 
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Enlaces externos [ editar ]

  • Mezclas de electrolitos
  • Difusión de electrolitos multicomponente
  • Viscosidad de electrolitos fuertes