Czym jest anoda i katoda?

The anoda i katoda są to typy elektrod, które znajdują się w ogniwach elektrochemicznych. Są to urządzenia zdolne do wytwarzania energii elektrycznej poprzez reakcję chemiczną. Najczęściej używanymi ogniwami elektrochemicznymi są baterie.

Istnieją dwa typy ogniw elektrochemicznych, ogniwa elektrolityczne i ogniwa galwaniczne lub galwaniczne. W ogniwach elektrolitycznych reakcja chemiczna wytwarzająca energię nie zachodzi samoistnie, ale prąd elektryczny przekształca się w reakcję chemiczną utleniania-redukcji.

Ogniwo galwaniczne składa się z dwóch połówek komórek. Są one połączone dwoma elementami: metalowym przewodnikiem i mostem solnym.

Przewód elektryczny, jak wskazuje jego nazwa, przewodzi prąd elektryczny, ponieważ ma bardzo mały opór na ruch ładunku elektrycznego. Najlepszymi kierowcami są zwykle metale.

Most solny to rurka łącząca dwie połówki komórek, utrzymująca kontakt elektryczny tego samego ogniwa i nie pozwalająca na łączenie się składników każdej komórki Każda połowa ogniwa ogniwa galwanicznego zawiera elektrodę i elektrolit.

Gdy zachodzi reakcja chemiczna, jedna z połówek komórek traci elektrony na swoją elektrodę, w procesie utleniania; podczas gdy drugi zyskuje elektrony dla swojej elektrody poprzez proces redukcji.

 Procesy utleniania zachodzą w anodzie, a procesy redukcji na katodzie

Definicja anody i katody

Anoda

Nazwa anody pochodzi od greckiej ανά (aná): w górę i οδός (odós): sposób. Faraday był tym, który ukuł ten termin w XIX wieku.

Najlepszą definicją anody jest elektroda, która traci elektrony w reakcji utleniania. Zwykle jest on połączony z dodatnim biegunem tranzytu prądu elektrycznego, ale nie zawsze tak jest.

Chociaż w bateriach anoda jest biegunem dodatnim, w diodach jest odwrotnie, anoda jest biegunem ujemnym.

Zwykle określa się kierunek prądu elektrycznego, doceniając go jako sens wolnych ładunków, ale jeśli przewodnik nie jest metaliczny, wytwarzane ładunki dodatnie są przekazywane do zewnętrznego przewodnika.

Ten ruch oznacza, że ​​mamy ładunki dodatnie i ujemne, które poruszają się w przeciwnych kierunkach, więc mówi się, że kierunek prądu jest ścieżką ładunków dodatnich kationów znajdujących się w anodzie w kierunku ładunku ujemnego anod znalezione w katodzie.

W ogniwach galwanicznych, mających metalowy przewodnik, prąd generowany w reakcji podąża ścieżką od bieguna dodatniego do ujemnego.

Ale w ogniwach elektrolitycznych, nie mając przewodnika metalicznego, lecz elektrolitu, można znaleźć jony o ładunku dodatnim i ujemnym, które poruszają się w przeciwnych kierunkach.

Termodowe anody odbierają większość elektronów pochodzących z katody, ogrzewają anodę i muszą znaleźć sposób na rozproszenie. Ciepło to powstaje w napięciu występującym między elektronami.

Specjalne anody

Istnieje pewien rodzaj specjalnych anod, takich jak te znajdujące się w promieniach X. W tych lampach energia wytwarzana przez elektrony, oprócz wytwarzania promieni rentgenowskich, generuje wielką energię, która ogrzewa anodę.

Ciepło to występuje przy innym napięciu między dwiema elektrodami i wywiera nacisk na elektrony. Gdy elektrony poruszają się w prądzie elektrycznym, uderzają w anodę przekazującą ciepło.

Katoda

Katoda jest elektrodą z ładunkiem ujemnym, która w reakcji chemicznej ulega reakcji redukcji, w której jej stopień utlenienia jest zmniejszony, gdy otrzymuje elektrony.

Podobnie jak w przypadku anody, to Faraday zasugerował termin katoda pochodzący z greki κατά [catá]: „w dół” i ὁδός [odós]: „camino”. Przy tej elektrodzie ładunek ujemny przypisywano mu z czasem.

Podejście to było fałszywe, ponieważ w zależności od urządzenia, w którym się znajduje, ma obciążenie lub inne.

Ten związek z biegunem ujemnym, podobnie jak z anodą, wynika z założenia, że ​​prąd płynie z bieguna dodatniego do bieguna ujemnego. To powstaje wewnątrz ogniwa galwanicznego.

Wewnątrz ogniw elektrolitycznych środki przenoszenia energii, nie będące w metalu, ale w elektrolicie, mogą współistnieć ujemnymi i dodatnimi jonami, które poruszają się w przeciwnych kierunkach. Ale za zgodą mówi się, że prąd płynie z anody do katody.

Specjalne katody

Jednym z rodzajów specyficznych katod są katody termionowe. W nich katoda emituje elektrony pod wpływem ciepła.

W zaworach termonicznych katoda może nagrzewać się poprzez cyrkulację prądu grzejnego w sprzężonym z nią żarniku.

Reakcja równowagi

Jeśli weźmiemy ogniwo galwaniczne, które jest najczęstszą komórką elektrochemiczną, możemy sformułować reakcję równowagi, która jest generowana.

Każda połowa ogniwa, z którego składa się ogniwo galwaniczne, ma charakterystyczne napięcie znane jako potencjał redukcji. W każdej połówce zachodzi reakcja utleniania między różnymi jonami.

Gdy ta reakcja osiągnie równowagę, komórka nie może zapewnić większego napięcia. W tym momencie utlenianie, które zachodzi w półkuli tego momentu, będzie miało wartość dodatnią, im bliżej równowagi. Potencjał reakcji będzie większy, im większa równowaga zostanie osiągnięta.

Kiedy anoda jest w równowadze, zaczyna tracić elektrony, które przechodzą przez przewodnik do katody.

Na katodzie zachodzi reakcja redukcji, im dalej od bardziej potencjalnej równowagi, tym reakcja zachodzi, gdy zachodzi, i pobiera elektrony pochodzące z anody.

Referencje

1. HUHEEY, James E., et al.Chemia nieorganiczna: zasady struktury i reaktywności. Pearson Education India, 2006.
2. SIENKO, Michell J.; ROBERT, A.Chemia: zasady i właściwości. Nowy Jork, USA: McGraw-Hill, 1966.
3. BRADY, James E.Chemia ogólna: zasady i struktura. Wiley, 1990.
4. PETRUCCI, Ralph H., i in.Chemia ogólna. Międzyamerykański Fundusz Edukacyjny, 1977.
5. MASTERTON, William L.; HURLEY, Cecile N.Chemia: zasady i reakcje. Cengage Learning, 2015.
6. BABOR, Joseph A; BABOR, JoseJoseph A; AZNÁREZ, José Ibarz.Nowoczesna chemia ogólna: wprowadzenie do chemii fizycznej i lepsza chemia opisowa (nieorganiczna, organiczna i biochemiczna). Marin, 1979.
7. CHARLOT, Gaston; TRÉMILLON, Bernard; BADOZ-LAMBLING, J. Reakcje elektrochemiczne. Toray-Masson, 1969.