Електроліт — це речовина, розчин чи розплав якої проводить електричний струм завдяки вільному руху заряджених частинок, іонів. Уявіть океан солоної води: там не електрони, як у металах, танцюють у ритмі струму, а йони натрію та хлору нестково ковзають до електродів, створюючи живильний потік енергії. Ці скромні герої ховаються скрізь — від краплі поту на вашій шкірі до гігантських батарей електрокарів.
У людському тілі електроліти підтримують серцебиття, змушують м’язи скорочуватися і навіть регулюють настрій. Без них організм перетворюється на зів’ялу рослину: слабкість, судоми, хаос у клітинах. Натрій, калій, кальцій — ось вони, ключові гравці, чия концентрація в крові тримається в жорстких межах, як годинниковий механізм.
Але електроліти не обмежуються біологією. У лабораторіях вони народжують метали з розчинів, заряджають акумулятори і обіцяють революцію в енергетиці. Розберемося глибше, чому без них неможливе ні сучасне життя, ні промисловість.
Хімічна природа електролітів: від молекули до іскри
Коли сіль розчиняється у воді, відбувається магія дисоціації: NaCl розпадається на Na+ і Cl–, оточені хмарою молекул води, як вершники у кортежі. Цей процес, електролітична дисоціація, робить розчин провідником. Йони несуть заряд і рух, перетворюючи пасивну рідину на динамічний канал струму.
Не всі речовини поводяться так. Цукор чи спирт — неелектроліти, їхні молекули лишаються цілими, і струм не тече. Електроліти ж дисоціюють частково чи повністю, залежно від сили. Вода сама по собі слабкий електроліт: H2O ⇌ H+ + OH–, з константою Kw = 10-14 при 25°C, тому чиста вода ледь проводить струм.
Іонна атмосфера оточує кожен заряд протилежними іонами, зменшуючи притягання в концентрованих розчинах. Теорія Дебая-Гюккеля пояснює це математично, показуючи, як провідність падає при насиченні. У промислових електролізерах, як для алюмінію, розплави (криоліт + Al2O3) працюють без води, досягаючи температур понад 900°C.
Історія електролітів: від алхімії до Нобеля
Наприкінці XVIII століття Луїджі Гальвані помітив, як ноги жаб скорочуються від металів — перша іскра. Гамфрі Деві в 1807 році електролізував розплави, добувши натрій і калій, що здивувало світ: метали з солей! Йонс Берцеліус у 1811-му бачив у електролітах незаряджені пари, які струм розриває.
Теодор Гроттгусс у 1818-му першим припустив дисоціацію при розчиненні, а Майкл Фарадей у 1834-му ввів термін “електроліт” і сформулював закони електролізу: маса речовини пропорційна заряду. Фрідріх Кольрауш у 1867-му довів незалежний внесок іонів у провідність.
Кульмінація — Сванте Арреніус у 1887-му: електроліти дисоціюють у розчині на іони, зворотна рівновага. Його теорія, попри критику, принесла Нобелівську премію 1903 року (uk.wikipedia.org). Вільгельм Оствальд додав закон розбавлення для слабких електролітів, а Дебаї-Гюккель у 1923-му врахував взаємодії в концентрованих.
Класифікація електролітів: сильні, слабкі та екзотика
Електроліти ділять за силою дисоціації, станом і складом. Перед таблицею зауважте: сильні дисоціюють майже повністю (α ≈ 1), слабкі — частково (α < 0,03).
| Тип | Приклади | Ступінь дисоціації (0,1 М) | Константа дисоціації |
|---|---|---|---|
| Сильні | NaCl, HCl, NaOH, H2SO4 | ≈1 | ∞ |
| Слабкі | CH3COOH, NH3, H2O | 0,01–0,03 | 10-5–10-14 |
| Середньої сили | H2CO3, HSO4– | 0,03–0,3 | 10-3–10-2 |
Джерела: uk.wikipedia.org. Сила залежить від розчинника: HCl сильний у воді, але слабкий в бензолі. За станом: розчини (повсякденні), розплави (NaOH), тверді (AgI з уніполярною провідністю Ag+). Бінарні (HCl → H++Cl–), тернарні (Al2(SO4)3 → 2Al3+ + 3SO42-).
Кислоти дають H+, основи OH–, амфотерні — обидва. pH вимірює баланс: кисле <7, лужне >7.
Електроліти в організмі: баланс, що тримає нас живими
У тілі електроліти — це Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl–, HCO3–, PO43-. Вони регулюють осмотичний тиск, як диригенти оркестру клітин. Натрій тримає воду поза клітинами, калій — всередині, створюючи градієнт для нервових імпульсів.
Ось норми в сироватці крові (дорослі):
| Електроліт | Норма (mmol/L) | Функція |
|---|---|---|
| Na+ | 135–145 | Гідратація, тиск |
| K+ | 3,5–5,2 | М’язи, серце |
| Ca2+ | 2,2–2,6 | Кістки, скорочення |
| Mg2+ | 0,75–0,95 | Енергія, нерви |
| Cl– | 96–106 | Кисневий баланс |
Джерела: onclinic.ua. Дисбаланс — гіперу/гіпо-: від спраги та коми (гіпернатріємія) до судом і аритмії (гіпокаліємія). Спека, спорт, діарея вимивають їх з потом — до 2 г солі на літр!
Функції електролітів і наслідки дисбалансу
- Нервова передача: Градієнт Na+/K+ генерує потенціал дії — 70 мВ, як блискавка в синапсах.
- М’язові скорочення: Ca2+ запускає актин-міозин, Mg блокує надмірність.
- Гідратація та pH: HCO3– буферизує кров (pH 7,35–7,45).
- Кістки та енергія: PO43- в АТФ, Ca в гідроксиапатиті.
Дефіцит вражає раптово: м’язові спазми від низького K, втома від Mg-дефіциту, серцеві збої від Ca. Надлишок — гіпертензія, набряки. Аналіз крові — золотий стандарт діагностики.
Цікаві факти про електроліти
Ви знали, що у блискавки електролітний “суп” з азоту й кисню? Або що у 2025-му натрієві батареї обіцяють замінити літій — дешевше й без пожеж? Пот спортсмена містить 1–3 г NaCl на літр, тому ізотоніки рятують від зневоднення. У морській воді електроліти роблять її провідником — риби “плавають у струмі”!
Твердий електроліт Ag4RbI5 проводить лише йодиди, як односторонній трафік. А вода в мозку — 80% електролітів, без них думки гальмують.
Промислове застосування: від гальваніки до батарей
Електроліз — основа металургії: алюміній з бокситів у криоліті (Hall-Héroult процес, 20% світового Al). Водень для палива: 2H2O → 2H2 + O2. Гальваніка покриває деталі хромом чи золотом, запобігаючи корозії.
У батареях електроліт — серце: свинцево-кислотні (H2SO4) для авто, Li-іонні з органічними солями. Літій-повітряні тестують твердотілі для 500 Вт·год/кг.
Тренди електролітів у 2026: революція енергетики
Твердотільні електроліти — хіт 2026-го: сульфіди Li чи оксиди, без рідини, без витоків, з ємністю +50% (itc.ua). Натрієві акумулятори: дешевий Na з рясних запасів, 200 Вт·год/кг, безпека без Li-ризиків. Паперові батареї з целюлозними електролітами — для IoT, 5000 циклів.
У спорті — персоналізовані напої з датчиками дисбалансу. Медицина: імпланти з біосумісними гелями. Електроліти еволюціонують, обіцяючи чисту енергію й довше життя — ви готові до стрибка?