Heikko elektrolyytti on kemiallinen aine, joka ei liukene tai hajoa veteen ja on huono sähköjohdin, jos se johtaa sitä ollenkaan. Termillä “elektrolyytti” on erityinen tieteellinen ja lääketieteellinen merkitys, mutta se ymmärretään yleisimmin mitä tahansa suolaa, joka kuljettaa sähkövarausta. Elektrolyytit auttavat ihmisiä ylläpitämään tasapainoista kehon kemiaa, ja ne ovat hyödyllisiä myös useissa teollisissa ja valmistusympäristöissä. Sanomalla, että elektrolyytti on “heikko”, on yleensä lausunto sen ionivarausten hajoamisesta, ja sen avulla tutkijat voivat ennustaa, miten se reagoi tietyssä ratkaisussa tai tietyissä olosuhteissa. Vahva elektrolyytti ionisoituu yleensä täysin vedessä ja antaa yhtä monta kationia tai positiivisesti varautuneita ioneja ja anioneja tai negatiivisesti varautuneita ioneja. Toisaalta ”heikoksi” luokiteltu elektrolyytti ionisoituu vain vähän vedessä ja tuottaa vähän ioneja, joten nämä liuokset ovat huonoja sähkönjohtimia.
Elektrolyytin lujuuden arviointi
Aineen elektrolyyttinen lujuus voidaan yleensä määrittää mittaamalla tunnetun pitoisuuden aineen liuoksen sähkönjohtavuus. Saatavilla on taulukoita, joissa luetellaan monien aineiden Qsp tai ionivakio, joka mittaa niiden ionisaatiotasoa.
Heikon elektrolyytin kertominen erillään vahvasta vain tarkistamalla sen kemiallinen kaava ei ole niin yksinkertaista. Heikot yhdisteet koostuvat yleensä kovalenttisista sidoksista tai kemiallisista sidoksista, joissa kaksi atomia jakaa elektronit. Vahvassa elektrolyytissä on vähintään yksi ionisidos, jossa yhden atomin elektronit siirretään toiseen tuottamaan kaksi ionia, joita sähköstaattiset voimat pitävät yhdessä. Useimmilla kemiallisilla sidoksilla on kuitenkin jonkin verran ionista ja kovalenttista luonnetta, joten jonkin verran kemian tuntemusta tarvitaan kohtuullisen arvion tekemiseksi yhdisteen elektrolyyttisestä lujuudesta.
Yleensä useimmat orgaaniset hapot ja niiden suolat sekä orgaanisten emästen suolat ovat kuitenkin heikkoja elektrolyyttinäkökulmasta. Aine, jonka vesiliukoisuus on heikko, voidaan luokitella myös heikoksi. On kuitenkin tärkeää huomata, että tekniseltä kannalta liukoisuus ei ole sama kuin elektrolyyttinen lujuus.
Ionisointi vedessä
Puhdas vesi itsessään ei ole hyvä sähkönjohdin, ja tislattu tai deionisoitu vesi, josta kaikki ionit on poistettu, ei johda helposti sähkövirtaa. Jos kuitenkin lisätään vahvaa elektrolyyttiä, kuten ruokasuolaa, NaCl, suola liukenee, jolloin muodostuu Na+ -ioneja ja Cl-ioneja. Na+ kykenee vastaanottamaan elektroneja virtalähteen negatiivisesta navasta, kun taas Cl- kuljettaa elektroneja positiiviseen napaan, mikä johtaa sähkön nettovirtaan liuoksen läpi. Mitä enemmän suolaa lisätään, sitä johtavampi liuos on kyllästymispisteeseen asti.
Heikossa elektrolyytissä tämä dissosiaatio ioneiksi tapahtuu vain vähäisessä määrin, tyypillisesti paljon alle 10%. Valtaosa heikoista elektrolyytistä jää liuoksessa alkuperäiseen liittoutuneeseen muotoonsa. Tällaisissa tapauksissa ionit eivät riitä kantamaan sähkövirtaa.
Ei-elektrolyyttien ymmärtäminen
Heikkojen ja vahvojen elektrolyyttien lisäksi ei-elektrolyytit ovat aineita, jotka eivät ionisoi merkittävässä määrin vesiliuoksessa, eikä niiden liuokset johda sähköä ollenkaan. Useimmat orgaaniset aineet, elleivät ne sisällä happoa tai emästä, ovat johtamattomia ja siten ei-elektrolyyttejä. Esimerkiksi sokeri ja alkoholi ovat orgaanisia yhdisteitä, joilla ei ole happo- tai emäsfunktionaalisuutta, eivätkä ne siksi tuota ioneja liuoksessa.
Käytännön sovellukset
Ymmärtäminen eri tavoilla, joilla aineet sitoutuvat ja reagoivat kemiallisella tasolla, on tärkeä useimmille valmistusaloille, ja elektrolyyttien nopea tunnistaminen ja eristäminen lujuuden perusteella on tärkeä osa monia erilaisia kemiallisia reaktioita. Kemistit ja tutkijat käyttävät usein tällaista tietoa monissa eri kokeissa ja testeissä saavuttaakseen oikean tasapainon happojen ja emästen välillä. Tämä on ratkaisevan tärkeää monille lääketeollisuuden pyrkimyksille ja lääketieteellisille kokeille, mutta sillä on myös vaikutuksia muun muassa suunniteltuun elintarvikekemiaan ja kotitalouskemikaalien ja jopa kauneudenhoitotuotteiden koostumukseen.