Поляризация в растворах электролитов

1.Электролитическая поляризация.

Жидкие среды организмов содержат слабые растворы различных электролитов, общая концентрация которых эквивалентна 0,9% раствору хлористого натрия. Рассмотрим процессы, происходящие на электродах, погруженных в слабый раствор хлористого натрия, к которым приложено постоянное напряжение. Происходят реакции диссоциации молекул в растворе:

1. NaCl → Na⁺ + Cl^-

2. H₂O → H⁺ + OH^-.

Под действием приложенного напряжения ионы натрия и водорода движутся к катоду. На катоде ионы водорода присоединяют электрон и превращаются в атомы водорода. Атомы соединяются в молекулы Н₂ и выделяются в виде пузырьков газа:

3. H⁺ + e- → H.

Н⁺ + Н⁺ → Н₂

Ионы натрия с ионами гидроксила образуют едкую щелочь:

4. Na⁺ + OH^- → NaOH

Ионы хлора отдают электрон во внешнюю цепь и превращаются в атомы хлора:

5. Cl^- → Cl + e^-

Часть атомов Сl соединяется в молекулы и выделяется в виде пузырьков на электроде, другая часть, реагируя с водой, образует соляную кислоту с выделением О₂.

В результате вторичных реакций на электродах пузырьки газа уменьшают их активную поверхность, ток в цепи с раствором электролита (при неизменном напряжении) с течением времени постепенно уменьшается. При физиологических исследованиях для того, чтобы исключить поляризацию, применяют неполяризующие электроды. Эти электроды изготовляются из того же металла что и раствор (например, в раствор соли того же металла). В этом случае на электродах происходит или растворение (на аноде), или выделение (на катоде) металла, из которого состоят электроды, и вторичные реакции не происходят.

2. Макроструктурная поляризация. Возникает в растворах электролитов на объектах, обладающих значительной электрической неоднородностью (например, на клетках или их органеллах). Положительные и отрицательные ионы, перемещаясь под действием внешнего электрического поля в противоположных направлениях, как в цитоплазме, так и во внеклеточной среде, доходят до поверхности мембраны и скапливаются около нее, так как мембрана не пропускает многие ионы. В результате клетка и ее органеллы приобретают дипольные моменты. Время релаксации макроструктурной поляризации 10^-8 - 10^-3с.

Физиологическое действие постоянного тока

Физиологическое действие постоянного тока сильно связано с процессами, происходящими в электролитах, заполняющих клетки и ткани. Если приложить к поверхности тела два электрода, то даже при слабых токах ощущается жжение, а при увеличении тока на коже появляется ожог. Для предупреждения этого явления используют неполяризующие электроды, а также помещают между металлическими электродами и кожей марлевую прокладку, смоченную физиологическим раствором.

Изменение концентрации ионов в тканях лежит в основе первичного действия постоянного тока на организм и используется в лечебном методе, называемом гальванизацией. Чаще всего гальванизацию совмещают с введением при помощи постоянного тока в ткани организма лекарст-венных веществ, образующих в растворе ионы или заряженные частицы. Растворами этих веществ смачиваются прокладки под электродами. Процедура называется лечебным электрофорезом.

Таблица 2. Некоторые вещества, вводимые путем электрофореза.

Движутся с анода	Движутся с катода
Натрий	Хлор
Кальций	Бром
Магний	Иод
Хинин (из хлористой соли)	Радикал фосфорной кислоты
Новокаин (из хлористой соли)	Радикал салициловой кислоты
	Пенициллин (из натриевой или калиевой соли)

Что касается теплового эффекта, то при гальванизации он ничтожно мал, так как при терапевтических процедурах применяют токи, плотность которых не более 0,5 мА/см².

Электрофорез – это движение частиц в электрическом поле по направлению к противоположно заряженному электроду.

Методы электрофореза применяют в основном для разделения и исследования электрохимических свойств коллоидных растворов, суспензий различных клеток: эритроцитов, лейкоцитов, бактерий, половых клеток и др., а также клеточных органоидов.