Elektrolüüt

Elektrolüüt on aine, mille elektrijuhtivus põhineb ioonide vabal liikumisel. Kõige tüüpilisem elektrolüüt on ioonne lahus, kuid elektrolüüt võib olla ka tahke või vedel aine, näiteks metall.
Ioonsed elektrolüüdid on aluste, hapete või soolade lahused. Ka osa gaase võib käituda kõrgel temperatuuril või madalal rõhul elektrolüütidena. Elektrolüüdi lahuse võib saada ka bioloogiliste molekulide (nt DNA, polüpeptiidid) või sünteetiliste polümeeride (nt polüstüreensulfonaat) lahustamisel lahustis. Kahte viimast nimetatakse polüelektrolüütideks, mille elektrijuhtivuse tagavad laetud funktsionaalrühmad.
Elektrolüüdi lahus saadakse tavaliselt soola lahustamisel lahustis (nt vees), lahusti ja soola termodünaamilise koostoime tõttu dissotsieeruvad (lagunevad) soola osakesed positiivsete ja negatiivsete laengutega osakesteks. Antud protsessi nimetatakse lahustumiseks. Näiteks söögisooda ehk naatriumvesinikkarbonaadi viimisel vette dissotsieerub molekul väiksemateks ioonideks vastavalt dissotsiatsioonireaktsioonile:
NaHCO₃₍ₛ₎ → Na⁺(aq) + HCO₃⁻(aq)
Samuti on võimalik, et ainete reaktsioonil veega on saadused võimelised dissotsieeruma ioonideks, näiteks süsihappegaasi ja vee reaktsioonil tekib molekul, mis vesilahuses dissotsieerub ioonideks:
CO₂ + H₂O → H₂CO₃
Vastavalt dissotsiatsioonireaktsioonile vesilahuses:
H₂CO₃₍ₛ₎ → H⁺(aq) + HCO₃⁻(aq)
HCO₃⁻(aq) → H⁺ + CO₃²⁻(aq)
Vedelas olekus soolad võivad ka olla elektrolüüdid. Näiteks, kui naatriumkloriid kõrgel temperatuuril ära sulatada, siis saadud vedelal soolal on samuti elektrijuhtivus.

Elektrolüütide tugevus

Kui elektrolüüdi lahuses on palju elektrolüüdi ioone, siis on tegu kontsentreeritud lahusega. Lahust, milles elektrolüüdi ioone on vähe, nimetatakse lahjendatud lahuseks. Selle järgi, kui suur osa lahustatava aine molekulidest lahustis dissotsieerub, saab kirjeldada elektrolüütide tugevust ehk võimet rohkem elektrivoolu juhtida. Kui lahustis dissotsieerub suur osa lahustunud molekule ioonideks, on tegu tugeva elektrolüüdiga. Kui dissotsieerub ainult väga väike osa molekulidest, on tegu nõrga elektrolüüdiga. Elektrolüütide omadusi võib kasutada elektrolüüsil, et eraldada aine koostises olevaid elemente või ühendeid, mis on lahustunud.

Tugev elektrolüüt

Tugev elektrolüüt on aine, mis dissotsieerub vesilahuses täielikult või peaaegu täielikult ioonideks. Kuna tekkivad ioonid on head elektrijuhid, siis algselt nimetatigi elektrolüüdiks ainet vesilahuses, mis juhib hästi elektrivoolu. Kui lahuses olevatest ioonidest ja nende käitumisest rohkem teada saadi, siis sai tugev elektrolüüt ka oma tänapäevase definitsiooni.
Tugevateks elektrolüütideks on tugevad happed, tugevad alused ning soolad, mis on hästi lahustuvad. Näiteks
soolhape (HCl)
väävelhape (H₂SO₄)
lämmastikhape (HNO₃)
kaaliumhüdroksiid (KOH)
kaaliumkloriid (KCl)
naatriumkloriid (NaCl)

Nõrk elektrolüüt

Nõrgad elektrolüüdid on ained, mis vesilahuses dissotsieeruvad ioonideks vähesel määral. Seega on nõrga elektrolüüdi lahuses lisaks dissotsieerunud ioonidele ka lihtsalt lahustunud aine molekule, millel pole laengut ning mis ei kanna edasi elektrivoolu. Nõrgad elektrolüüdid suudavad lahuses edasi kanda ainult nõrka elektrivoolu.
Nõrkadeks elektrolüütideks on nõrgad happed ja nõrgad alused. Näiteks
äädikhape (CH₃COOH)
süsihape (H₂CO₃)
fosforhape (H₃PO₄)
ammoniaak (NH₃)
püridiin (C₅H₅N)

Füsioloogiline tähtsus

Füsioloogias on primaarseteks elektrolüüdi ioonideks naatrium (Na⁺), kaalium (K⁺), kaltsium (Ca²⁺), magneesium (Mg²⁺), kloriid (Cl⁻), vesinikfosfaat (H₂PO₄⁻) ja vesinikkarbonaat (HCO₃⁻). Elektrilaengu sümbolid pluss (⁺) ja miinus (⁻) näitavad, et antud aine on looduses ioonne ning tema elektronide arv on suurem või väiksem kui prootonite arv. Antud nähtus on keemilise dissotsiatsiooni tulemus.
Kõik teadaolevad eluvormid vajavad peenet ja keerulist tasakaalu rakusisese ja rakuvälise keskkonna vahel. Eriti tähtis on täpse elektrolüütide osmootsete gradient-ioonide tasakaalu säilitamine. Sellised gradient-ioonid mõjutavad ja reguleerivad keha hüdratsiooni ning samuti ka vere pH-d, samuti on nad elutähtsad lihaste ja närvide töötamiseks. Elusorganismides on elektrolüütide kindla kontsentratsiooni hoidmiseks erinevad mehhanismid.
Lihaskude ja neuroneid loetakse mõlemaid keha elektrilisteks kudedeks. Lihaskoe või neuroni paneb tööle elektrolüüdi aktiivsus rakuvälise või koevedeliku ja rakusisese vedeliku vahel. Elektrolüüdid võivad rakumembraani siseneda või väljuda läbi spetsiaalsete valgustruktuuride rakumembraanis, mida kutsutakse ioonkanaliteks. Näiteks lihaste kokkutõmbumine oleneb kaltsiumi (Ca²⁺), naatriumi (Na⁺) ja kaaliumi (K⁺) ioonide olemasolust. Nimetatud elektrolüütide ebapiisava kontsentratsiooni korral võib tunda lihastes nõrkust või krampide tekkimist.
Elektrolüütide tasakaalu säilitatakse suu kaudu või hädaolukorras süstides kehasse elektrolüüdi lahust sisaldavaid aineid. Elektrolüütide tasakaalu kehas säilitavad hormoonid ning neerud eemaldavad kehast üleliigsed elektrolüüdid. Inimese kehas elektrolüütide homöostaasi reguleerivad näiteks antidiureetiline hormoon ja aldosteroon. Tõsised elektrolüütide tasakaalu häired kehas (nt veetustamine) võivad põhjustada neuroloogilisi ja südameprobleeme, kui inimesele ei võimaldata kohest arstiabi.

Kontsentratsiooni mõõtmine

Elektrolüütide kontsentratsiooni mõõtmine on üldjuhul diagnostiline protseduur, tavaliselt määratakse ioonselektiivsete elektroodidega elektrolüüdi kontsentratsioon vereproovis või uriiniproovis. Saadud tulemuste tõlgendamiseks ja võrdlemiseks on tarvis ka inimese haiguslugu ning samuti on vajalik paralleelne neerufunktsioonide mõõtmine. Tavaliselt on määratavateks ioonideks kaalium ja naatrium, kloriidioonide kontsentratsiooni määratakse harva, ainult arteriaalsete veregaaside mõõtmisel, kuna see on olemuselt seotud naatriumi sisaldusega. Uriiniproovi uurimisel on tähtsal kohal erikaalu määramine, sest see on seotud ioonide kontsentratsioonide tasakaalule mittevastavuse tuvastamisega.

Kuiv elektrolüüt

Kuivad elektrolüüdid on sisuliselt geelid, mis on painduval võrel.