전해질
Electrolyte전해질은 이온의 움직임을 통해 전기적으로 전도하지만 [1][2][3]전자는 전도하지 않는 이온을 포함하는 매체입니다.여기에는 물과 같은 극성 용매에 용해된 대부분의 용해성 소금, 산 및 염기가 포함됩니다.용해되면 물질은 양이온과 음이온으로 분리되며, 음이온은 용매 전체에 균일하게 분산됩니다.고체 전해질도 존재합니다.의학에서 그리고 때로는 화학에서 전해질이라는 용어는 [4][5]용해된 물질을 가리킨다.
전기적으로 이러한 솔루션은 중립적입니다.이러한 용액에 전위가 인가되면 전자가 풍부한 전극에 용액의 양이온이 끌어당겨 음이온이 전자가 부족한 전극에 끌어당겨진다.용액 내에서 음이온과 양이온이 반대 방향으로 이동하는 것은 전류에 해당합니다.고온 또는 저압 조건에서 염화수소(HCl)와 같은 일부 가스는 전해질 [clarification needed]역할도 할 수 있습니다.전해질 용액은 하전된 관능기를 포함하는 일부 생물학적(예: DNA, 폴리펩타이드) 또는 합성 폴리머(예: 폴리스티렌 술폰산염)의 용해에서도 발생할 수 있다.용액 또는 용융액 중 이온으로 분해되는 물질은 전기를 전도하는 능력을 획득한다.전해질의 예로는 나트륨, 칼륨, 염화물, 칼슘, 마그네슘, 인산염 등이 있다.
의학에서는 구토나 설사가 오래 지속되고 격렬한 운동으로 땀을 흘린 것에 대한 반응으로 전해질 보충이 필요하다.시판되는 전해질 용액은 특히 아픈 어린이(예: 경구 보충액, Suero Oaltal 또는 Pedialyte)와 운동선수(스포츠 음료)를 위해 제공됩니다.전해질 모니터링은 거식증과 폭식증의 치료에 중요하다.
과학에서 전해질은 전기화학 [2]전지의 주요 성분 중 하나이다.
어원학
The word electrolyte derives from Ancient Greek ήλεκτρο- (ēlectro-), prefix related to electricity, and λυτός (lytos), meaning "able to be untied or loosened".[6]
역사
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6c/Arrhenius2.jpg/220px-Arrhenius2.jpg)
스반테 아레니우스는 1884년 논문에서 고체 결정성 소금이 용해될 때 대전 입자로 분리된다는 그의 설명을 제시했고, 이 공로로 1903년 노벨 [7][8][9][10]화학상을 수상했다.아레니우스의 설명은 용액을 형성할 때 소금은 하전 입자로 분리되는데, 마이클 패러데이 (1791년-1867년)가 수년 전에 "이온"이라는 이름을 붙였다.패러데이의 믿음은 이온이 전기 분해 과정에서 생성된다는 것이었다.Arrhenius는 전류가 없어도 소금 용액에 이온이 함유되어 있다고 제안했다.그래서 그는 용액 속의 화학반응이 [8][9][10]이온들 사이의 반응이라고 제안했다.
Arrhenius의 이온 가설 직후, Franz Hofmeister와[11][12] Siegmund Lewith는 각기 다른 이온 유형이 단백질의 용해성과 같은 다른 영향을 나타낸다는 것을 발견했습니다.효과의 크기에 대한 이러한 다른 이온들의 일관된 순서는 다른 많은 시스템에서도 일관되게 발생합니다.이것은 이후 호프마이스터 시리즈로 알려지게 되었다.이러한 효과의 기원은 충분히 명확하지 않고 지난 세기에 걸쳐 논의되어 왔지만, 이 이온들의 전하 밀도가 중요하고 실제로[13] 200년 전 샤를 오귀스틴 드 쿨롱의 작품에서 유래한 설명이 있을 수 있다고 제안되어 왔다.
형성
전해질 용액은 보통 물과 같은 용매에 소금을 넣고 용매와 용질 분자 사이의 열역학적 상호작용으로 인해 개별 성분이 분리될 때 "용매화"라고 불리는 과정에서 형성된다.예를[citation needed] 들어 식탁용 소금(염화나트륨) NaCl을 물에 넣으면 해리 반응에 따라 소금(고체)이 이온 성분으로 용해된다.
- NaCl(s) → Na+(aq) + Cl−(aq)
또한 물질이 물과 반응하여 이온을 생성할 수도 있습니다.예를 들어 이산화탄소가스는 물에 녹아서 하이드로늄, 탄산염,[citation needed] 탄산수소 이온을 포함한 용액을 생성한다.
용융염은 예를 들어 염화나트륨이 용융되면 액체가 전기를 전도하기 때문에 전해질일 수도 있다.특히 녹는점이 100°[14]C 미만인 용융염인 이온성 액체는 전도성이 높은 비수 전해질의 한 종류이므로 연료 전지와 [15]배터리에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다.
용액 중의 전해질은 이온 농도가 높으면 '농축'으로, 농도가 낮으면 '희박'으로 표현할 수 있다.용질이 많이 분해되어 유리 이온이 생성되면 전해질이 강하고, 대부분의 용질이 분해되지 않으면 전해질이 약하다.전해질의 특성은 용액에 [citation needed]포함된 구성 요소 및 화합물을 추출하기 위해 전기 분해를 사용하여 이용할 수 있다.
알칼리 토류 금속은 구성 이온 사이의 강한 흡인력으로 인해 물에서 용해도가 제한된 강한 전해질인 수산화물을 형성합니다.이는 높은 용해도가 [16]요구되는 상황으로 응용을 제한한다.
2021년 연구진은 전해질이 "전도성이 낮은 [17]매체에서 전기화학적 부식 연구를 실질적으로 촉진할 수 있다"는 사실을 밝혀냈다.
생리적 중요성
생리학에서 전해질의 1차 이온은 나트륨(Na+), 칼륨(K+), 칼슘(Ca2+), 마그네슘(Mg2+), 염화물(Cl−), 인산수소(HPO42−), 탄산수소(HCO3−)[18][failed verification]이다.플러스(+)와 마이너스(-)의 전하 기호는 물질이 본질적으로 이온성이고 화학적 해리의 결과인 전자의 불균형한 분포를 가지고 있음을 나타냅니다.나트륨은 세포 외 액체에서 발견되는 주요 전해질이고 칼륨은 세포 내 주요 전해질입니다;[19] 둘 다 유체 균형과 혈압 [20]조절에 관여합니다.
알려진 모든 다세포 생명체는 세포 내 환경과 세포 외 [18]환경 사이에서 미묘하고 복잡한 전해질 균형을 필요로 한다.특히 전해질의 정확한 삼투압 구배를 유지하는 것이 중요하다.이러한 구배는 혈중 pH뿐만 아니라 몸의 수분 공급에도 영향을 미치고 조절하며 신경과 근육 기능에 매우 중요합니다.다양한 전해질 농도를 엄격하게 [citation needed]제어하는 다양한 메커니즘이 살아있는 종에 존재합니다.
근육 조직과 뉴런은 모두 신체의 전기 조직으로 여겨진다.근육과 뉴런은 세포외액 또는 간질액과 세포내액 사이의 전해질 활성에 의해 활성화된다.전해질은 "이온 채널"이라고 불리는 플라즈마 막에 내장된 특수한 단백질 구조를 통해 세포막으로 들어가거나 나갈 수 있습니다.예를 들어 근육 수축은 칼슘(Ca2+), 나트륨(Na+), 칼륨(K+)의 존재에 따라 달라집니다.이러한 주요 전해질의 충분한 수치가 없으면 근육 약화 또는 심각한 근육 수축이 발생할 [citation needed]수 있습니다.
전해질 균형은 경구 또는 긴급 시 전해질 함유 물질의 정맥 내 섭취에 의해 유지되며, 일반적으로 신장이 과도한 수준을 씻어내는 호르몬에 의해 조절된다.사람에게 전해질 항상성은 항이뇨 호르몬, 알도스테론, 부갑상선 호르몬과 같은 호르몬에 의해 조절된다.탈수 및 수분 과다와 같은 심각한 전해질 장애는 심장 및 신경학적 합병증으로 이어질 수 있으며 신속하게 해결되지 않는 한 의료 응급으로 이어질 수 있습니다.
측정.
전해질 측정은 일반적으로 수행되는 진단 절차로, 이온 선택 전극을 사용한 혈액 검사 또는 의료 기술자에 의한 소변 검사를 통해 수행됩니다.이러한 값의 해석은 임상 기록 분석 없이는 다소 의미가 없으며 신장 기능의 병렬 측정 없이는 불가능한 경우가 많다.가장 자주 측정되는 전해질은 나트륨과 칼륨입니다.염화물 수치는 본질적으로 나트륨 수치와 관련이 있기 때문에 동맥혈 가스 해석을 제외하고는 거의 측정되지 않는다.소변에 대한 중요한 검사 중 하나는 전해질 [citation needed]불균형의 발생을 확인하는 비중 검사이다.
수분 보충
경구 보충 요법에서는 나트륨과 칼륨 염분을 함유한 전해질 음료가 운동, 과도한 알코올 섭취, 발한, 설사, 구토, 중독 또는 기아로 인한 탈수 후 체내의 수분과 전해질 농도를 보충한다.전해질을 섭취하지 않는 극한 조건(예: 마라톤이나 철인 3종 경기)에서 운동하는 선수는 탈수(또는 저나트륨혈증)[21]의 위험이 있다.
수제 전해질 음료는 물, 설탕, 소금을 정확한 [22]비율로 사용하여 제조할 수 있다.나트륨과 포도당의 공수송 메커니즘을 이용하려면 포도당(설탕)을 포함하는 것이 중요합니다.상업용 조제품도 사람과[23] 수의사 모두 사용할 수 있습니다.
전해질은 과일 주스, 스포츠 음료, 우유, 견과류, 그리고 많은 과일과 야채에서 흔히 발견됩니다.
전기화학
전극을 전해액에 넣고 전압을 인가하면 전해액이 전기를 전도합니다.외로운 전자는 일반적으로 전해질을 통과할 수 없습니다. 대신, 화학 반응이 음극에서 일어나 전해질에 전자를 제공합니다.또 다른 반응은 양극에서 일어나 전해질로부터 전자를 소비합니다.그 결과 음극 주위의 전해액에 음전하 구름이 발생하고 양극 주위에 양전하가 발생한다.전해질 속의 이온은 이러한 전하를 중화시켜 전자가 계속 흐르고 [citation needed]반응이 계속되도록 합니다.
예를 들어 일반 식탁용 소금(염화나트륨, NaCl) 용액에서 음극 반응은 다음과 같습니다.
- 22 HO + 2e− → 2− OH + H2
그리고 수소 가스는 거품을 낼 것이다; 양극 반응은
- 2 NaCl → 2+ Na + Cl2 + 2e−
염소 가스는 나트륨 및 수산기 이온과 반응하여 차아염소산나트륨 가정용 표백제를 생성하는 용액으로 방출됩니다.양전하를 띤 나트륨 이온+ Na는 음극 쪽으로 반응하여 OH의− 음전하를 중화시키고 음전하를 띤 수산화 이온− OH는 양극 쪽으로 반응하여 Na의 양전하를+ 중화시킵니다.전해질로부터의 이온이 없으면 전극 주위의 전하가 계속적인 전자 흐름을 늦춥니다. 물을 통해 다른 전극으로 H와 OH의− 확산은 훨씬+ 더 일반적인 소금 이온의 이동보다 더 오래 걸립니다.전해질은 물 분자가 쌍극자이기 때문에 물 속에서 해리되고 쌍극자는 이온을 용해시키기 위해 에너지적으로 유리한 방향으로 방향을 잡는다.
다른 시스템에서 전극 반응은 전해질의 이온뿐만 아니라 전극의 금속도 포함할 수 있습니다.
전해 도체는 금속-전해질 계면에서의 화학 반응이 유용한 효과를 내는 전자 장치에 사용됩니다.
- 배터리의 경우 전자 친화도가 다른 두 가지 물질이 전극으로 사용됩니다. 전자는 배터리 외부 전극에서 다른 전극으로 흐르며 배터리 내부에서는 전해질의 이온에 의해 회로가 폐쇄됩니다.여기서 전극 반응은 화학 에너지를 전기 [24]에너지로 변환합니다.
- 일부 연료 전지에서는 고체 전해질 또는 양성자 도체가 수소와 산소 연료 가스를 [25]분리한 상태로 플레이트를 전기적으로 연결합니다.
- 전기도금탱크에서 전해액은 동시에 피도금물에 금속을 퇴적시켜 전기회로 내에서 전기적으로 접속한다.
- 가동시간계에서는 작은 전해액 충전 틈새에 의해 2개의 얇은 수은주를 분리하여 전하가 통과할 때 금속이 한쪽에서 용해되고 다른 한쪽에서 플레이트가 형성되어 가시적인 틈새가 서서히 이동한다.
- 전해 캐패시터에서는 화학적 효과가 매우 얇은 유전체 또는 절연 코팅에 사용되는 반면 전해질층은 하나의 캐패시터 플레이트처럼 작동합니다.
- 일부 습도계에서는 거의 건조한 전해액의 전도율을 측정하여 공기의 습도를 감지합니다.
- 뜨겁고 연화된 유리는 전해 도체이며, 일부 유리 제조업체는 유리를 통해 큰 전류를 흘려 녹인 상태로 유지합니다.
고체 전해질
고체 전해질은 아래에 설명된 네 가지 그룹으로 크게 나눌 수 있습니다.
겔 전해질
겔 전해질 – 액체 전해질과 매우 유사합니다.본질적으로, 그것들은 유연한 격자 틀 안에 있는 액체입니다.이러한 시스템의 [24][26]전도성을 높이기 위해 다양한 첨가제가 종종 사용됩니다.
고분자 전해질
건조 고분자 전해질 – 소금이 고체 매체에 직접 용해된다는 점에서 액체 및 겔 전해질과는 다릅니다.일반적으로 비교적 높은 유전율 폴리머(PEO, PMMA, PAN, 폴리포스파젠, 백산 등)와 염분 격자 에너지가 낮은 염분이다.이러한 전해질의 기계적 강도 및 도전성을 높이기 위해 복합재를 사용하는 경우가 매우 많아 불활성 세라믹상을 도입한다.이러한 전해질에는 크게 두 가지 종류가 있습니다. 즉, 세라믹-인-세라믹과 [27][28][29]세라믹-인-폴리머입니다.
세라믹 전해질
고체 세라믹 전해질 – 이온은 격자 내의 빈 공간 또는 인터스티셜을 통해 세라믹 상으로 이동합니다.유리 세라믹 전해질도 있다.
유기 플라스틱 전해질
유기 이온 플라스틱 결정 – 중수소기(액체와 고체 사이의 중간 물질 상태)를 나타내는 일종의 유기 소금으로, 이동 이온이 방향 또는 회전으로 흐트러져 있고 중심은 결정 [25]구조의 질서 있는 위치에 있습니다.이들은 녹는점 아래의 1개 이상의 고체-고체 상 전이로 인해 다양한 형태의 장애를 가지고 있으며, 따라서 소성 특성과 기계적 유연성이 우수할 뿐만 아니라 전극 전해질 계면 접촉도 개선되었습니다.특히, 프로톤이 Brönsted산에서 Brönsted 베이스로 전달되어 형성된 고체 프로톤 유기염이며, 본질적으로는 용해 상태의 프로톤 액체인 프로톤 유기 플라스틱 결정(POIPCs)[25]은 연료 전지에 유망한 고체 프로톤 전도체임이 밝혀졌다.예를 들어 1,2,4-트리아졸륨 페르플루오로부탄술폰산염[25] 및 이미다졸륨 메탄술폰산염을 [30]들 수 있다.
「 」를 참조해 주세요.
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