Анод і катод є типами електродів , знайдених в електрохімічних елементах. Це пристрої, здатні виробляти електричну енергію за допомогою хімічної реакції. Найбільш використовувані електрохімічні осередки - батареї.
Існує два типи електрохімічних клітин, електролітичні клітини та гальванічні або вольтові клітини. В електролітичних клітинах хімічна реакція, яка виробляє енергію, не відбувається мимовільно, але електричний струм перетворюється на хімічну реакцію окислення-відновлення.
Гальванічна клітина складається з двох напівклітин. Вони з'єднані двома елементами, металевим провідником і сольовим мостом.
Електричний провідник, як випливає з його назви, проводить електроенергію, оскільки має дуже низький опір руху електричного заряду. Найкращі провідники, як правило, металеві.
Соляний міст - це трубка, яка з'єднує дві напівклітини, зберігаючи їх електричний контакт і не дозволяючи компонентам кожної клітини збиратися разом. Кожна половина комірки гальванічної комірки містить електрод і електроліт.
Коли відбувається хімічна реакція, одна з половинок комірок втрачає електрони у напрямку до свого електрода через процес окислення; в той час як інший отримує електрони для свого електрода, через процес відновлення.
Процеси окислення відбуваються на аноді, а процеси редукції на катоді
Анод
Назва анода походить від грецької ανά (aná): вгору, а οδός (odós): шлях. Фарадей був тим, хто ввів цей термін у 19 столітті.
Найкращим визначенням анода є електрод, який втрачає електрони в реакції окислення. Зазвичай це пов'язано з позитивним полюсом транзиту електричного струму, але це не завжди так.
Хоча в акумуляторах анод є позитивним полюсом, у світлодіодних світильників це навпаки, а анод - негативний полюс.
Зазвичай напрям електричного струму визначається, оцінюючи його як напрям вільних зарядів, але якщо провідник не металевий, позитивні заряди, які виробляються, передаються на зовнішній провідник.
Цей рух означає, що у нас є позитивні та негативні заряди, які рухаються в протилежних напрямках, тому кажуть, що напрям струму - це шлях позитивних зарядів катіонів, які знаходяться в аноді до негативного заряду анодів знайдено на катоді.
У гальванічних клітинах, що мають металевий провідник, струм, що утворюється в реакції, йде по шляху від позитивного до негативного полюса.
Але в електролітичних осередках, оскільки вони не мають металевого провідника, а швидше електроліту, можна знайти іони з позитивним та негативним зарядом, які рухаються у протилежному напрямку.
Термоіонні аноди отримують більшу частину електронів, що надходять від катода, нагрівають анод і повинні знайти спосіб його розсіювання. Це тепло генерується у напрузі, що виникає між електронами.
Спеціальні аноди
Існує особливий тип анода, такий як ті, що знаходяться всередині рентгенівських променів. У цих трубах енергія, яку виробляють електрони, крім продукування рентгенівських променів, генерує велику кількість енергії, яка нагріває анод.
Це тепло виробляється при різній напрузі між двома електродами, яка чинить тиск на електрони. Коли електрони рухаються електричним струмом, вони впливають на анод, передаючи на нього своє тепло.
Катод
Катод - негативно заряджений електрод, який піддається хімічній реакції відновлення, де його окислювальний стан знижується при отриманні електронів.
Як і у випадку з анодом, Фарадей запропонував термін катод, який походить від грецького κατά: 'вниз', і ὁδός: 'шлях'. Цьому електроду негативний заряд приписувався з часом.
Такий підхід виявився помилковим, оскільки залежно від пристрою, на якому він знаходиться, він має те чи інше навантаження.
Цей зв’язок з негативним полюсом, як і з анодом, виникає з припущення, що струм тече від позитивного полюса до негативного полюса. Це виникає всередині гальванічної комірки.
Усередині електролітичних комірок середовище для передачі енергії, не знаходячись у металі, а в електроліті, можуть існувати негативні та позитивні іони, які рухаються у протилежному напрямку. Але за умовою, струм, як кажуть, йде від анода до катода.
Спеціальні катоди
Одним типом специфічних катодів є термоіонні катоди. У них катод випромінює електрони за рахунок впливу тепла.
У термоелектричних клапанах катод може нагріватися сам, циркулюючи нагрівальний струм у прикріпленій до нього нитці.
Реакція рівноваги
Якщо ми візьмемо гальванічну клітинку, яка є найпоширенішою електрохімічною коміркою, ми можемо сформулювати реакцію рівноваги, яка утворюється.
Кожна половина комірки, що складається з гальванічної комірки, має характерну напругу, відому як потенціал відновлення. У межах кожної півклітини відбувається реакція окислення між різними іонами.
Коли ця реакція досягає рівноваги, клітина не може надавати більше напруги. У цей час окислення, яке відбувається в напівклітині в цей момент, матиме позитивне значення, чим ближче до рівноваги. Потенціал реакції буде більшим, чим буде досягнуто більше рівноваги.
Коли анод знаходиться в рівновазі, він починає втрачати електрони, які проходять через провідник до катода.
Реакція відновлення відбувається на катоді, чим далі вона перебуває від рівноваги, тим більше потенціалу реакція матиме, коли вона відбудеться, і забирає електрони, що надходять від анода.
Список літератури
- HUHEEY, Джеймс Е. та ін. Неорганічна хімія: принципи будови та реакційної здатності. Pearson Education India, 2006.
- SIENKO, Michell J .; РОБЕРТ, А. Хімія: принципи та властивості. Нью-Йорк, США: McGraw-Hill, 1966.
- BRADY, James E. Загальна хімія: принципи та структура. Вілі, 1990.
- PETRUCCI, Ralph H. та ін. Загальна хімія. Міжамериканський освітній фонд, 1977 рік.
- МАСТЕРТОН, Вільям Л .; ХУРЛІ, Сесіль Н. Хімія: принципи та реакції. Cengage Learning, 2015.
- БАБОР, Йосиф А .; БАБОР, Хосе Джозеф А .; АЗНАРЕЗ, Хосе Ібарц. Сучасна загальна хімія: вступ до фізичної хімії та вищої описової хімії (неорганічної, органічної та біохімії). Марін ,, 1979.
- ШАРЛОТ, Гастон; TRÉMILLON, Бернар; BADOZ-LAMBLING, J. Електрохімічні реакції. Торай-Массон, 1969 рік.