Электролиты

Теория электролитической диссоциации

Электролиты – вещества, подвергающиеся в растворах или расплавах электролитической диссоциации и проводящие электрический ток за счет движения ионов.

Электролитической диссоциацией называется распад электролитов на ионы при растворении их в воде.

Теория электролитической диссоциации (С. Аррениус, 1887) в современном понимании включает следующие положения:

электролиты при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на ионы – положительные (катионы) и отрицательные (анионы). Ионизация происходит легче всего для соединений с ионной связью (солей, щелочей), которые при растворении (эндотермический процесс разрушения кристаллической решетки) образуют гидратированные ионы.

Рис. 3. Схема электролитической диссоциации соли.

Гидратация ионов – экзотермический процесс. Соотношение затраты и выигрыша энергии определяет возможность ионизации в растворе. При растворении вещества с полярной ковалентной связью (например, хлороводород HCl) диполи воды ориентируются у соответствующих полюсов растворяемой молекулы, поляризую связь и превращая ее в ионную с последующей гидратацией ионов. Этот процесс является обратимым и может идти как полностью, так и частично.

гидратированные ионы устойчивы, беспорядочно передвигаются в растворе. Под действием электрического тока движение приобретает направленный характер: катионы движутся к отрицательному поясу (катоду), а анионы – к положительному (аноду).
диссоциация (ионизация) – обратимый процесс. Полнота ионизации зависит от природы электролита (соли щелочи диссоциируют практически нацело), его концентрации (с увеличением концентрации ионизация идет труднее), температуры (повышение температуры способствует диссоциации), природы растворителя (ионизация происходит только в полярном растворителе, в частности, в воде).

Что мы узнали?

Электролиты – это соли, кислоты, основания, способные проводить электрический ток. Электролиты бывают сильные и слабые. Также в статье приводится информация кратко о соединениях электролитов.

/10

Вопрос 1 из 10

Что подходит под определение электролита?
- они проводят электрический ток
- они не проводят электрический ток
- к электролитам относятся вещества с металлической связью
- нет ни одного правильного ответа

Что делать, если анализ показал избыток или недостаток неорганических веществ

В этом случае нужно выяснить причину нарушения. Для этого назначаются:

Общий анализ мочи, показывающий состояние почек.
Развернутый клинический анализ крови для определения нарушений кроветворения и воспалительных процессов.
Биохимия крови с определением основных параметров работы печени, мышц и почек.
Кровь на гормоны надпочечников, паращитовидной и щитовидной желез.
Кровь на метаболиты костной ткани – маркер резорбции и остеокальцин.
Кал на паразитов.

Желательно сделать УЗИ щитовидной железы, надпочечников, почек и брюшной полости для выявления патологий, которые могли повлиять на уровень электролитов.

Еда против напитков

Ежедневное количество электролитов варьируется и зависит от нескольких факторов, в том числе:

возраст
уровень активности
расход воды
климат

Большинство получает достаточное количество электролитов из пищи и напитков, которые они принимают ежедневно. В некоторых случаях напитки с электролитом, такие как спортивные напитки, могут быть для вас хорошим способом быстро восполнить жидкость, углеводы и электролиты, которые вы потеряли во время экстремальной активности.

Электролиты покидают организм с потом и мочой. Если вы много потеете, занимаетесь спортом в жаркую погоду или занимаетесь спортом более часа или двух, вам может быть полезно пить напитки с электролитами до, во время и после тренировки.

Людям, подверженным риску обезвоживания, например тем, у кого высокая температура или диарея и рвота, также могут быть полезны напитки с электролитами.

Значение электролитов

Без них невозможно существование живых организмов, в том числе человека. Все биохимические и физиологические процессы проходят при их непосредственном участии: транспортировка кислорода в крови, регулирование водно-солевого баланса, работа кишечника и сердца.

В технике электролиты участвуют в таких процессах как электролиз, электрокатализ, защита металлов от коррозии. В энергетике создаются новые топливные элементы, солнечные батареи, электрохимические преобразователи информации.

Смотри также:

Классификация химических реакций в неорганической и органической химии
Тепловой эффект химической реакции. Термохимические уравнения
Скорость химической реакции, ее зависимость от различных факторов
Обратимые и необратимые химические реакции. Химическое равновесие. Смещение химического равновесия под действием различных факторов
Реакции ионного обмена
Гидролиз солей. Среда водных растворов: кислая, нейтральная, щелочная
Реакции окислительно-восстановительные. Коррозия металлов и способы защиты от нее
Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей, кислот)
Ионный (правило В.В. Марковникова) и радикальный механизмы реакций в органической химии

Когда употреблять питьевые электролиты?

Питьевые электролиты иногда считают элементом только спортивного питания. Это логично объясняется интенсивной потерей солей при выделении пота во время интенсивных физических нагрузок. Солевые составы востребованы и необходимы во врачебной практике. Аптечный препарат регидрон, представляющий собой растворимую сухую смесь солей, назначают при диарее

На этот факт обратите внимание. Во время такого заболевания организм теряет соли вместе с выделяющейся жидкостью, но не может восполнить дефицит с помощью натуральных пищевых продуктов из-за назначенной диеты

Здоровый человек получает минеральные вещества с едой. Если занятия спортом ведутся на серьезном уровне, и рацион выбирается продуманно, соли поступают в достаточном количестве. Это не исключает вероятность резкого изменения концентрации электролитов, негативно сказывающегося на состоянии спортсмена. Необходимость употребления и дозировку питьевого электролита определяют с учетом интенсивности потери солей и состава напитка. Главный принцип – восполнять то, что потеряно.

Молекулярное, полное и сокращенное ионные уравнения

С помощью молекулярных уравнений можно показать состав вещества с разложением его на молекулы. Полные ионные уравнения отражают реакцию диссоциации, т. е. расщепление молекул на ионы. Но в таком виде расписывают только сильные электролиты.

Не раскладывают на ионы:

слабые электролиты;
осадки;
газы.

Рассмотрим это на примере взаимодействия между нитратом свинца и серной кислотой.

Молекулярное уравнение: Pb(NO₃)₂ + H₂SO₄ → 2HNO₃ + PbSO₄↓

Сульфат свинца PbSO₄ мы не будем раскладывать на ионы, поскольку это слабый электролит.

Полное ионное уравнение: Pb2+ + 2NO₃— + 2H+ + SO₄2- → 2H+ + 2NO₃— + PbSO₄↓

Сократить это выражение очень просто — нужно убрать из обеих частей одинаковые ионы, которые не изменились в ходе реакции.

Сокращенное ионное уравнение: Pb2+ + SO₄2- → PbSO₄↓

Как составить уравнение диссоциации

В левой части пишем молекулярную формулу вещества, а в правой — формулы образовавшихся катионов и анионов. Между ними ставим знак =, если это сильный электролит, или знак ⇄ — если средний или слабый. После этого нужно проставить коэффициенты перед ионами и проверить сумму катионов и анионов (она всегда равна 0).

Лечение нарушения водно-солевого баланса

Как восстановить водно-солевой баланс? Если он нарушен из-за потери жидкости, то ее восполняют, употребляя небольшими порциями. Кроме того, рекомендуются либо растворы для восстановления уровня натрия, либо электролиты, продающиеся в аптеке.

ВАЖНО: Если симптомы дегидратации ярко выражены у ребенка, необходимо немедленно обратиться за медицинской помощью.

Помимо применения медикаментов, восстановление водно-солевого баланса также осуществляется с помощью специальной диеты, амбулаторного лечения и некоторых народных средств.

Прием медикаментозных препаратов

Нормализовать объем жидкости и солей в организме помогают различные витаминно-минеральные комплексы, а также гипотензивные препараты, которые влияют на водно-солевой баланс.

Традиционно они назначаются курсом на месяц, после необходим перерыв в пару недель. При необходимости результаты закрепляются еще одним таким курсом.

Химическая терапия

При недостатке солей, например, при отравлениях и дизентерии врач может назначить так называемую химическую терапию. По сути, это применение солевых растворов, восстанавливающих химическое равновесие и аккумулирующие воду в нашем теле.

И хотя такие составы для растворов доступны практически в любой аптеке, “выписывать” их себе самостоятельно не стоит. Дело в том, что принимать их нужно по определенной схеме и при строгих показаниях. К тому же, употреблять солевые растворы нельзя при почечной недостаточности, сахарном диабете и некоторых других заболеваниях.

Амбулаторное лечение

В особо сложных случаях расстройства водно-солевого баланса человеку может потребоваться лечение в условиях стационара.

В таких ситуациях для регуляции солей и жидкости в организме используются различные капельницы.

Кроме того, таким пациентам показана особая диета.

Соблюдение диеты

Соблюдение специального рациона также помогает восстановить водно-солевой баланс.

К примеру, пациенту может быть рекомендовано выпивать 2-3 литра чистой воды в сутки и при этом употреблять не менее 7 граммов соли, например, растворенной в ней. Также диета для нормализации объема солей и жидкости подразумевает употребление продуктов, богатых калием, магнием, селеном, кальцием и цинком. Это могут быть сухофрукты и орехи.

Если у человека имеются заболевания сердца и сосудов, лечебный подход будет отличаться. Так, за один раз ему не следует выпивать более 100 граммов воды, причем она должна быть без добавления соли.

Восстановление водно-солевого баланса народными средствами

В арсенале народной медицины тоже есть средства, позволяющие налаживать водно-солевой баланс. В основном, это лечебные растения.

Так для поддержания оптимального состава солей и жидкости в организме используются:

Листья черной смородины;
Петрушка и сельдерей в виде отвара;
Запаренная гречка;
Лимонно-чесночный настой.

Однако заниматься самолечением не стоит, какими бы проверенными ни были народные рецепты. Прежде, чем попробовать какой-либо из них, лучше проконсультироваться с врачом.

Калий

Калий — электролит, обеспечивающий поддержание водного баланса на оптимальном уровне. Этот уникальный элемент оказывает стимулирующее влияние на функцию миокарда и защитное воздействие на кровеносные сосуды.

Основные функции калия в организме:

Антигипоксическое действие,
Выведение шлаков,
Увеличение силы сердечных сокращений,
Нормализация сердечного ритма,
Поддержание оптимальной работы иммунокомпетентных клеток,
Влияние на развитие аллергии в организме.

Выводится этот микроэлемент почками с мочой, кишечником с калом, потовыми железами с потом.

Гиперкалиемия (повышение уровня калия в крови) развивается при:

Соблюдении голодных диет,
Судорожном синдроме,
Гемолизе эритроцитов,
Дегидратации,
Закислении внутренней среды организма,
Дисфункции надпочечников,
Избытке в рационе продуктов, содержащих калий,
Длительной терапии цитостатиками и НПВС.

При длительном повышении уровня калия в крови у больных может развиваться язва желудка или внезапная остановка сердца. Для лечения гиперкалиемии следует обратиться к врачу.

Причинами гипокалиемии (понижение калия в плазме) являются:

Чрезмерная физическая активность,
Психо-эмоциональное перенапряжение,
Алкоголизм,
Избыточное употребление кофе и сладостей,
Прием диуретиков,
Диеты,
Массивные отеки,
Диспепсия,
Гипогликемия,
Муковисцидоз,
Гипергидроз.

Дефицит калия в крови может проявляться усталостью, разбитостью, судорогами в ногах, гипорефлексией, одышкой, кардиалгией.

Скорректировать гипокалиемию, вызванную недостатком поступления элемента в организм можно при помощи диеты. На первом месте в списке продуктов, богатых калием, находится сладкий картофель. Его запекают, жарят, варят, готовят на гриле. Свежие помидоры и томатная паста, свекольная ботва, белая фасоль, чечевица, горох, натуральный йогурт, съедобные моллюски, сухофрукты, морковный сок, патока, палтус и тунец, тыква, бананы, молоко — лучшие источники калия.

При растворении в воде некоторые вещества имеют способность проводить электрический ток.

Электролиты проводят ток за счет так называемой ионной проводимости, которой обладают многие соединения с ионным строением (соли, кислоты, основания).

Вещества, имеющие сильнополярные связи, но в растворе при этом подвергаются неполной ионизации (например, хлорид ртути II) являются слабыми электролитами.

Многие органические соединения (углеводы, спирты), растворенные воде, не распадаются на ионы, а сохраняют свое молекулярное строение. Такие вещества электрический ток не проводят и называются неэлектролитами.

Приведем некоторые закономерности, руководствуясь которыми можно определить относятся вещества к сильным или слабым электролитам:

Кислоты. К сильным кислотам из наиболее распространенных относятся HCl, HBr, HI, HNO₃, H₂SO₄, HClO₄. Все они являются сильными электролитами. Почти все остальные кислоты, в том числе и органические являются слабыми электролитами.
Основания. Наиболее распространенные сильные основания – гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов (исключая Be) относятся к сильным электролитам. Слабый электролит – NH₃.
Соли. Большинство распространенных солей – ионных соединений — сильные электролиты. Исключения составляют, в основном, соли тяжелых металлов.

Натрий

Натрий — главный внеклеточный катион, элемент, помогающий организму активно расти и развиваться. Он обеспечивает транспорт питательных веществ к клеткам организма, участвует в генерации нервных импульсов, обладает спазмолитическим действием, активизирует пищеварительные ферменты и регулирует обменные процессы.

Натрий покидает организм в процессе потоотделения. Люди постоянно нуждаются в нем, особенно те, кто испытывает серьезные физические нагрузки. Восполнять запас натрия нужно постоянно. Суточная норма потребления натрия – около 550 мг. Растительные и животные источники натрия: поваренная соль, злаки, соевый соус, овощи, бобы, субпродукты, морепродукты, молоко, яйца, рассолы, квашеная капуста.

При изменении количества катионов натрия в крови нарушается работа почек, нервной системы, кровообращения.

Исследование крови на электролиты натрия проводят при дисфункции ЖКТ, заболеваниях выделительной системы, эндокринопатологиях.

Гипернатриемия (повышение уровня элемента в крови) развивается при:

Переизбытке соли в рационе,
Длительной гормонотерапии,
Гиперплазии гипофиза,
Опухолях надпочечников,
Коматозном состоянии,
Эндокринопатиях.

Причинами гипонатриемии являются:

Отказ от соленой пищи,
Обезвоживание организма, ставшее результатом многократной рвоты или длительной диареи,
Гипертермия,
Ударные дозы диуретиков,
Гипергликемия,
Гипергидроз,
Длительная одышка,
Гипотиреоз,
Нефротический синдром,
Заболевания сердца и почек,
Полиурия,
Цирроз печени.

Гипонатриемия проявляется тошнотой, рвотой, снижением аппетита, сердцебиением, гипотонией, нарушениями психики.

Когда назначают проверку крови на состав электролитов

Анализ крови на электролиты необходим при заболеваниях, в основе которых лежат нарушенные обменные процессы. Необходимые организму химические вещества «вымываются» вместе с потерей жидкостей при длительной рвоте, поносах, кровопотере, обширных ожоговых поверхностях.

Другие соли накапливаются, из-за их высокой концентрации нарушаются обменные процессы. Особенно чувствительны к подобным колебаниям дети и старики. У них нарушен механизм компенсации. Поэтому, в зависимости от результата анализа, врач решает: следует ли ввести внутривенно солевой раствор с необходимыми химическими соединениями или, наоборот, нужно с помощью мочегонных средств способствовать их выводу.

Режим работы лаборатории по приему анализов согласован с оптимальными сроками

Анализ следует сдавать утром до еды, в спокойном состоянии. Забор крови проводится из локтевой вены.

Рассмотрим роль отдельных электролитов, в зависимости от уровня в крови.

Хлор

Это отрицательно заряженный ион, который обеспечивает важные функции, а именно:

Поддерживает нормальный кислотно-щелочной баланс в организме
Участвует в усвоении питательных элементов организмом
Является важнейшим компонентом соляной кислоты в желудке, которая позволяет нам переваривать пищу

Хлор работает в тесной связке с другими электролитами. Поэтому при его нехватке организм теряет калий, а активность натрия нарушается. Дефицит хлора можно выявить по следующим признакам:

сонливость
дефекты памяти
вялость
мышечная слабость
отёки
снижение артериального давления
снижение аппетита и веса
проблемы с мочеиспусканием
судороги.

Недостаток хлора в организме возникает при:

рвоте, диарее, обезвоживании
сахарном диабете
почечной недостаточности
приеме мочегонных или некоторых препаратов от аллергии, изжоги

Ежедневно человек должен получать 2,3 г хлора. Это эквивалентно 4 г соли, однако следует учитывать, что мы получаем хлор из множества других продуктов.

Современные люди, как правило, потребляют гораздо больше хлора, чем нужно организму – от 5 до 7 г. Поэтому дефицит хлора у здорового человека маловероятен, а вот избыток очень даже возможен, вы сможете выявить его по следующим признакам:

усталость
мышечная слабость
чрезмерная жажда
сухие слизистые оболочки
высокое кровяное давление

Зачем нужен хлор

Хлор управляет кислотно-щелочным составом крови, поддерживает нужную концентрацию веществ в жидкостях организма, участвует в пищеварении, помогает печеночным клеткам.

Максимальное содержание — в оливках, обычной пищевой соли.

Норматив не зависит от возраста и пола: от 98 до 107 ммоль/л.

Уровень хлора повышается при:

ощелачивании крови;
почечной недостаточности;
повышенной активности коры надпочечников;
несахарном диабете.

Недостаток хлора определяется при:

значительном увеличении приема жидкости;
рвоте и усиленном потоотделении;
передозировке мочегонных средств;
травматическом повреждении головного мозга;
состоянии ацидоза (кома).

Дефицит проявляется значительным выпадением волос и зубов.

Кальций

Этот элемент придает прочность костям, зубам и ногтям. Вещество участвует в процессе свертываемости крови, поддерживает нормальную проводимость нервных сигналов. Оно также нужно для работы скелетной мускулатуры и сердца.

Недостаток элемента приводит к разрушению зубов, снижению прочности костей, возникновению патологических переломов и кровотечений. У больных наблюдаются судороги.

Избыток приводит к хрупкости сосудов, появлению «шишек» на костях и образованию почечных камней.

Концентрацию элемента определяют при повышенном разрушении зубов, хрупкости костей, нарушениях свертываемости крови. Анализы на кальциевый уровень желательны всем пациентам старше 50 лет для исключения остеопороза. Обследование проводится при нарушениях выработки гормонов щитовидной и паращитовидных желез и склонности к образованию камней в почках.

Кальциевая норма в сыворотке взрослых

Возраст, лет	Концентрация, ммоль/л
18-60	2,15 – 2,50
61-90	2,20 – 2,55
Старше 90	2,05 – 2,40

Однако 57% сывороточного кальция связанно с различными веществами – 42% с белками и 15% с цитратами и фосфором. Поэтому, кроме общего показателя, определяют ещё и ионизированный (несвязанный), норма которого составляет у взрослых 1,17–1,29 ммоль/л.

Показания к проведению анализа на ионизированный кальций:

Беременность, при которой этот минерал тратится на закладку костей и органов ребёнка.
Пожилой возраст – анализ проводится для диагностики остеопороза.
Заболевания щитовидной, паращитовидных желез, печени, почек.
Опухоли костной ткани.
Судороги – тетания.
Проведенное переливание крови.
Склонность к кровотечениям и появлению синяков, которые могут быть вызваны снижением уровня кальциевых ионов, необходимого для свертывания крови.
Подозрение на онкологические заболевания. Злокачественные опухоли выделяют вещество, вымывающее кальциевые ионы из костей и увеличивающие его концентрацию в крови.
Вероятность излишнего употребления витамина D, который напрямую связан с кальциевым обменом. Сейчас модно принимать различные добавки и препараты на основе этого витамина, что может привести к его передозировке. Это состояние также определяется с помощью анализа.

Кальциевое содержание в 100 г продуктов

Продукт	Содержание кальция, г
Кунжут	1,4
Твердые сыры	1,0-1,1
Полутвердые сыры	0,62-0,63
Семечки подсолнуха	0,36
Рыбные консервы	0,32
Миндаль	0,29
Чеснок	0,18
Петрушка	0,14
Творог	0,12-0,16
Молоко	0,1

Хлор

Хлор — электролит крови, основной анион нормализующий водно-солевой обмен “в паре” с положительно заряженными катионами натрия и других элементов (в т.ч. калия). Он помогает выровнять уровень кровяного давления, уменьшить отечность тканей, активизировать процесс пищеварения, улучшить функционирование гепатоцитов.

Повышение уровня хлора (гиперхлоремия) развивается при:

Дегидратации,
Алкалозе,
Патологии почек,
Чрезмерном функционировании железистых клеток надпочечников,
Дефиците вазопрессина в организме.

Причинами гипохлоремии являются:

Рвота,
Гипергидроз,
Лечение большими дозами диуретиков,
ЧМТ,
Ацидозная кома,
Регулярный прием послабляющих средств.

У больных с гипохлоремией выпадают волосы и зубы.

Хлором богата поваренная соль, оливки, мясные, молочные и хлебобулочные продукты.

Фосфор

Фосфор – микроэлемент, который необходим для осуществления липидного обмена, синтеза ферментов, распада углеводов. С его участием формируется зубная эмаль, протекает процесс образования костей, передача нервных импульсов. Когда в организме возникает дефицит фосфора нарушается метаболизм и усвоение глюкозы. В тяжелых случаях развивается грубая задержка умственного, физического, психического развития.

Фосфор поступает в организм с пищей, всасывается в ЖКТ вместе с кальцием.

Гиперфосфатемия развивается при:

Длительной гормонотерапии и химиотерапии,
Лечении мочегонными средствами и антибактериальными препаратами,
Гиперлипидемии,
Распаде новообразований и метастазировании в кости,
Дисфункции почек,
Гипопаратиреозе,
Диабетическом кетоацидозе,
Гиперпродукции аденогипофизом гормона роста,
Снижении минеральной плотности костей.

Причинами гипофосфатемии являются:

Нарушение жирового обмена, стеаторея,
Воспаление клубочкового аппарата почек,
Гипофункция гормона роста,
Дефицит витамина Д,
Гипокалиемия,
Нерациональное питание,
Отложение уратов в суставах,
Передозировка инсулина, салицилатов,
Паратгормонпродуцирующие опухоли.

Продукты, содержащие много фосфора: дрожжи, запеченная тыква, пророщенные зерна пшеницы, речная и морская рыба, мясо, соя, яйца, орехи.

***

Все электролиты крови необходимы для здоровья организма. Они участвуют в метаболических процессах, входят в химический состав ферментов, витаминов, белков. При изменении одного микроэлемента нарушается концентрация других веществ.

Больным с дефицитом того или иного электролита специалисты назначают комплексные витаминно-минеральные препараты

Полноценное питание имеет важное значение для предупреждения недостатка электролитов в крови