Este adesea o problemă să se decidă care electrod este catodul și care este anodul. Un bun început este definirea termenilor.
Conținut
Conceptul de catod și anod - o explicație simplă
În cazul substanțelor complexe, electronii dintre atomii din compuși nu sunt distribuiți în mod egal. Interacțiunea face ca particulele să se deplaseze de la un atom al unei substanțe la un atom al celeilalte. Reacția se numește reacție de oxidare-reducere. Pierderea de electroni se numește oxidare, iar elementul care cedează electronii se numește agent reducător.
Adăugarea de electroni se numește reducere, iar elementul care preia electronii se numește oxidant. Transferul de electroni de la agentul de reducere la agentul de oxidare poate avea loc printr-un circuit extern, iar apoi poate fi folosit ca sursă de energie electrică. Dispozitivele care convertesc energia unei reacții chimice în energie electrică se numesc celule galvanice.
Cel mai simplu exemplu clasic de celulă galvanică este reprezentat de două plăci realizate din metale diferite și imersate într-o soluție de electrolit. În acest sistem, oxidarea are loc pe un metal, iar reducerea are loc pe celălalt.
IMPORTANT! Electrodul în care are loc oxidarea se numește anod. Electrodul în care are loc reducerea se numește catod.
O celulă galvanică cupru-zinc, care funcționează prin absorbția energiei reacției dintre zinc și sulfat de cupru, este un exemplu familiar din manualele școlare de chimie. În dispozitivul Jacoby-Daniel, o placă de cupru este plasată într-o soluție de sulfat de cupru (electrod de cupru) și o placă de zinc este scufundată într-o soluție de sulfat de zinc (electrod de zinc). Electrodul de zinc eliberează cationi în soluție, creând un exces de sarcină pozitivă în soluție, în timp ce la electrodul de cupru soluția este sărăcită de cationi, soluția fiind astfel încărcată negativ.
Închiderea circuitului extern face ca electronii să treacă de la electrodul de zinc la electrodul de cupru. Relațiile de echilibru la granițele de fază sunt întrerupte. Are loc o reacție redox.
Energia din reacția chimică spontană este transformată în energie electrică.
În cazul în care reacția chimică este provocată de energia electrică externă, are loc un proces numit electroliză. Procesele care au loc în timpul electrolizei sunt inversate față de cele care au loc în timpul funcționării celulei galvanice.
ATENȚIE! Electrodul pe care are loc reducerea se mai numește și catod, dar în electroliză acesta este încărcat negativ, iar anodul este încărcat pozitiv.
Aplicații electrochimice
Anozii și catozii iau parte la multe reacții chimice:
- Electroliza;
- Electro-extracție;
- Galvanoplastie;
- Galvanoplastie.
Prin electroliza compușilor lichizi și a soluțiilor apoase se produc metale, se purifică metalele de impurități și se extrag componente valoroase (rafinare electrolitică). Plăcile sunt turnate din metalul care urmează să fie rafinat. Plăcile sunt plasate ca anozi în electrolizator. Metalul este dizolvat de un curent electric. Cationii săi trec în soluție și sunt descărcați la catod, formând un precipitat de metal pur. Impuritățile conținute în placa metalică brută inițială rămân insolubile sub formă de nămol anodic sau trec în electrolit, unde sunt eliminate. Cuprul, nichelul, plumbul, aurul, argintul și staniul sunt supuse rafinării electrolitice.
Electroextracția este procesul de extragere a metalului dintr-o soluție prin electroliză. Pentru a transfera metalul în soluție, acesta este tratat cu reactivi speciali. Procesul separă metalul de înaltă puritate la catod. În acest fel se produc zincul, cuprul și cadmiul.
Pentru a evita coroziunea, pentru a face produsul mai rezistent și mai decorativ, suprafața unui metal este acoperită cu un alt metal. Acest proces este cunoscut sub numele de galvanizare.
Electroformarea este procesul de realizare de copii metalice ale obiectelor tridimensionale prin electrodepunere de metal.
Aplicații electronice în vid
Principiul catodului și anodului într-un aparat în vid poate fi demonstrat cu ajutorul unui tub electronic. Arată ca un recipient închis ermetic cu piese metalice în interior. Dispozitivul este utilizat pentru a rectifica, genera și converti semnale electrice. Se face o distincție în funcție de numărul de electrozi:
- diode;
- triodice;
- tetrode;
- pentode etc.
O diodă este un dispozitiv în vid cu doi electrozi, un catod și un anod. Catodul este conectat la polul negativ al sursei de alimentare, iar anodul la polul pozitiv. Scopul catodului este de a emite electroni atunci când este încălzit de un curent electric până la o anumită temperatură. Electronii sunt utilizați pentru a crea o sarcină spațială între catod și anod. Cei mai rapizi electroni se grăbesc spre anod, trecând de bariera de potențial negativ a sarcinii spațiale. Anodul primește particulele. În circuitul extern se creează un curent anodic. Fluxul de electroni este controlat prin intermediul unor electrozi suplimentari care sunt alimentați cu un potențial electric. Diodele sunt utilizate pentru a converti curentul alternativ în curent continuu.
Aplicații electronice
În prezent, se folosesc diode de tip semiconductor.
Proprietatea diodelor de a trece curentul în sens direct și de a nu trece curentul în sens invers este utilizată pe scară largă în electronică.
Funcționarea unui LED se bazează pe proprietatea cristalelor semiconductoare de a se aprinde atunci când un curent trece prin joncțiunea p-n în direcția înainte.
Surse galvanice de curent continuu - baterii
Sursele chimice de curent electric în care au loc reacții reversibile se numesc baterii reîncărcabile: acestea sunt reîncărcate și utilizate în mod repetat.
Atunci când funcționează o baterie plumb-acid, are loc o reacție redox. Plumbul metalic este oxidat și își cedează electronii, reducând dioxidul de plumb care preia electronii. Plumbul metalic din baterie este anodul și este încărcat negativ. Dioxidul de plumb reprezintă catodul și este încărcat pozitiv.
Pe măsură ce bateria se descarcă, substanțele din catod și anod și electrolitul lor, acidul sulfuric, sunt consumate. Pentru a încărca bateria, aceasta este conectată la o sursă de curent (plus la plus, minus la minus). Direcția curentului este acum opusă celei în care era atunci când bateria a fost descărcată. Procesele electrochimice la electrozi sunt "inversate". Electrodul de plumb devine acum catod, în care are loc procesul de reducere, iar dioxidul de plumb devine anod, în care are loc procesul de oxidare. Substanțele necesare pentru baterie sunt create din nou în baterie.
De ce există confuzie?
Problema apare deoarece un anumit semn de sarcină nu poate fi atașat ferm nici la anod, nici la catod. Adesea, catodul este electrodul încărcat pozitiv, iar anodul este electrodul negativ. Adesea, dar nu întotdeauna. Totul depinde de procesul care are loc la electrod.
AVERTISMENT! O piesă care a fost plasată în electrolit poate fi atât anod, cât și catod. Totul depinde de scopul procesului: aplicarea unui alt strat de metal sau îndepărtarea unui strat de metal.
Cum se identifică anodul și catodul
În electrochimie, anodul este electrodul în care au loc procesele de oxidare, iar catodul este electrodul în care are loc reducerea.
Într-o diodă, conductorii se numesc anod și catod. Curentul va trece prin diodă dacă firul anodic este conectat la "plus" și firul catodic la "minus".
Pentru un LED nou cu pini netăiați, anodul și catodul sunt determinate vizual de lungime. Catodul este mai scurt.
În cazul în care contactele sunt tăiate, o baterie atașată la ele va ajuta. Lumina va apărea atunci când polaritățile se potrivesc.
Semnul anodului și al catodului
În electrochimie, este mai corect să se vorbească despre procesele care au loc pe electrozi decât despre semnele electrozilor. Reacția de reducere are loc la catod, iar reacția de oxidare are loc la anod.
În electrotehnică, catodul este conectat la polul negativ al sursei de curent, iar anodul la polul pozitiv.
Articole conexe:
